六阶有源低通滤波器总结.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,六阶有源低通滤波器总结,1.,设计要求,2.系统框架/方案、仿真、设计等材料说明,3.,实物展示和结果测试,4.,数据的分析,5.,通过计算可知，三级的放大符合我们的设计要求，在截止频率10KHZ之内，KP增益保存不变，随着频率的增大，输入输出的波形有一定的相位差，从最初的18度到截止频率时的175度,一、设计要求,1,、截止频率为,10KZ;,2,、通带内允许范围,9.576dB;,3,、阻带衰减：,-26dB;,4,、采用三级放大：,2.4824,；,1.586,；,1.0619,，,Kp=4.2,；,2.1 系统框架/方案、仿真、设计等材料说明,2,.1,.1,系统设计框架/方案的论证,系统的总体设计主要包括了传递函数，选择电路结构，选择有源器件及计算无源元件参数四个步骤。,（1）、确定系统的传递函数,确定电路的传递函数首先选择一种逼近方法，对于选择有巴特沃斯逼近电路，切比雪夫逼近电路，贝塞尔逼近电路。对相位非常敏感的电路选择贝塞尔逼近电路，大多数的情况下我们选择巴特沃斯逼近电路和切比雪夫逼近电路。电路阶数选择应按照给定的,通带截止频率，阻带的截止频率，通带增益变化量来选择阶数。,（2）、电路的选择，有一阶滤波电路，压控电压源型滤波电路，无限增益多路反馈电路，双二阶环电路，可根据自己的设计要求选择相应的电路。注意，电路的选择与特性要求密切相关，而特性的要求需要我们选择灵敏度较低的电路，这就要求我们对品质因数的要求更高。,（3）、有源器件的选择，由于器件的特性不理想，一般情况下会限制信号的频率上限，同时避免会引入噪声，降低信噪比，从而限制有用信号的下限幅值。根据信号幅值范围及信噪比要求，选择噪声足够低的器件，达到自己的设计要求。,（4）、无源参数的计算，滤波器的特性主要由R,C元件值决定，根据电路的要求，计算出对应的R,C参数。,2,.,1.2,系统仿真及说明,说明：第一幅图是采用Multisim 13.0仿真的电路，根据计算出的R,C值，确定相应电路结构，仿真的结果符合自己的设计要求，采用LM324芯片4级运放放大。第二幅图为仿真的波特仪实验结果图，从仿真的数据可以看出，设计的电路为低通滤波器，截止频率为10KHZ。,2,.,2,系统设计及说明,根据对比选择，本次滤波器设计为六阶低通滤波器，采用巴特沃斯逼近电路，压控电压源型滤波电路，以下为各参数的计算：,6阶巴特沃思低通滤波器的传递函数，用3个2阶巴特沃思低通滤波器构,1个6阶巴特沃恩低通滤波器，其传递函数为：,为了简化计算，其参数满足如下条件：选取C=0.1uF，可算得R=160,6阶巴特沃思低通滤波器3个阻尼系数为：0.5176；1.414；1.9386，由此算得两个零频增益为：,G1=3-0.5176=2.48224,G2=3-1.414=1.586,G3=3-1.9381=1.0619,可以选择3个2阶巴特沃斯低通滤波器级联组成。增益分别为：,G1=1+1.148,G2=1+0.586,G3=1+0.00619,对于第一级，若选取R3=60K，则R4=3.714K；,对于第二级，若选取R7=30K，则R8=17.58K；,对于第三级，若选取R11=20K，则R12=29.684K。,2.3,测试框架和各指标测试方法的描述,2.3.1,输入输出的Vpp测量,输入的Vpp测量，可以通过函数发生器的输入电压读取，根据电路的要求，输入电压的Vpp为1V；,输出的Vpp测量，使用示波器的进行测量，示波器的使用，可以观察出Vmax,Vmin,Vpp,电路的相位偏移。,2,.,3.2,三级中各级的VPP测量,三级中各级的VPP测量，使用示波器进行测量，使用示波器电笔逐级测量LM324芯片各级的输出端，记录数据。,2.3,.,3,各个频率下波形的记录,测量的频率有1KHZ,2KHZ,10KHZ,20KHZ，使用示波器测出对应频率下波形图，使用手机进行拍照，用于数据的处理使用。,2.4,测试主要设备及设备指标要求与评价,2.4.1,DP832主要性能指标,单路输出 40V/5A,20V/10A,最大功率可达到195W,低纹波噪声:350uVrms/3mVpp,快速的瞬态响应时间:50us,0.01%的电源调节率和负载调节率,内置V/A/W测量和波形显示,实时测量并同时显示V/A/W参数变化趋势。,输出分析、监视、设置预设等功能,具有输出分析、监视、设置预设等功能，实现全方位监控分析。,2.4.2,DG1022U主要性能指标,2.4.3,SDS3102主要性能指标,带宽高达1GHz,实时采样率高达4G Sa/s,存储深度达10Mpts/CH,波形捕获率高达250,000帧/秒,高波形捕获率,实时波形录制以及回放，分析功能,256级波形辉度和色温显示,采用windows操作系统，支持键鼠控制,提供IIC，SPI，RS232，CAN，LIN等总线的触发和解码功能,2.4.4,对于实验提供仪器的评价,实验室提供的仪器，信号发生器，学生电源，示波器都满足电路的测量要求，对于示波器的不足，RIGOL型号不能读出其相位，使用SDS3102型号的可自动读出，精度更高，测量的数据更准确,三、实物展示和结果测试,四、数据分析,1KHZ频率数据记录,2KHZ频率数据记录,Vmax,（,V,）,Vmin(V),Vpp(V),in,1.16,-1.40,1.05,out,4.56,-5.92,4.4,一级,1.14,-1.52,1.16,二级,1.84,-2.36,1.8,三级,4.56,-5.92,4.4,Vmax,Vmin,Vpp,in,1.10,-1.42,1.05,out,4.48,-5.92,4.4,一级,1.10,-1.48,1.15,二级,1.8,-2.32,1.79,三级,4.48,-5.92,10.5,10KHZ数据记录,20KHZ数据记录,Vmax,Vmin,Vpp,in,940mv,-1.32,1.05,out,3.36,-4.8,3.18,一级,560mv,-992mv,1.52,二级,640mv,-1.28,1.92,三级,3.36,-4.8,3.188,Vmax,Vmin,Vpp,in,800mv,-1.16,1.05,out,-580mv,-1.06,500mv,一级,740mv,-1.10,1.8,二级,-822mv,-871mv,52mv,三级,-580mv,-1.06,500mv,各个频率下相位的变化,输入波形和输出波形有一定的相位差，大约为,18,度，在,10KHZ,的范围变化频率，输出波形的相位一直在变化，到截止频率,10KHZ,时，相位差达到,170,度左右，这是由于放大器的电容引起的，可以才有电容相位补偿或者电感补偿，使输出的波形和输入的波形的相位差减小。,1KHZ时：第一级放大倍数KP1=1.15/1.05=1.10,第二级放大倍数KP2=1.8/1.16=1.55,第三级放大倍数KP3=4.40/1.80=2.33,KP=4.40/1.05=4.192,2KHZ时：第一级放大倍数KP1=1.16/1.05=1.10,第二级放大倍数KP2=1.79/1.16=1.55,第三级放大倍数KP3=4.40/1.80=2.33,KP=4.40/1.05=4.192,10KHZ时：KP=3.7/1.05=3.523,20KHZ时：KP=0.023/1.05=0.021,通过计算可知，三级的放大符合我们的设计要求，在截止频率10KHZ之内，KP增益保存不变，随着频率的增大，输入输出的波形有一定的相位差，从最初的18度到截止频率时的175度。,五、测试小结,在测试的过程中出现了一些小差错，首先我们的实物被人插反了导致结果没有输处波型，后来我们经过了一系列的调试，先是做了分析可能哪些地方出错会导致这个结果，然后经过了一系列排查，例如用万用表测量每个地方的导线通路，最后我们用万用表测芯片的管脚电压和输出管脚的波形，发现管脚无电压且芯片无输出，然后发现芯片因为接反而导致芯片烧坏，最后我们组重新找了一块芯片进行后续的测量，在测量中我们发在频率低的时候我们的测量值和理论值很接近，当频率接近截止频率时测量值的误差增大且波形发生了少许畸变，。频率接近截止频率时输入输出波形相位差增大。之后我们依次测量了在各个频率情况下的输出和放大增益，与理论值比较相差不大。最后我们认定我们的实物制作成功。,谢谢！,