六阶有源低通滤波器总结

• 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 Ω •
• 2.1.2系统仿真及说明
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• 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。
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。
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 ！
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
六阶有源低通滤波器
组员:郑兴权 缪堂伟 汪翀
• 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
• 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
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
Vmax（V） in out 一级 二级 三级 1.16 4.56 1.14 1.84 4.56 Vmin(V) -1.40 -5.92 --1.52 -2.36 -5.92 Vpp(V) 1.05 4.4 1.16 1.8 4.4
-822mv -580mv
-1.10
-871mv -1.06
1.8
52mv 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。
• 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=60KΩ，则R4=3.714KΩ； • 对于第二级，若选取R7=30KΩ，则R8=17.58KΩ； • 对于第三级，若选取R11=20KΩ，则R12=29.684KΩ。
• 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
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。
out
一级 二级 三级
3.36
560mv 640mv 3.36
-4.8
-992mv -1.28 -4.8
3.18
1.52 1.92 3.188
• 20KHZ数据记录
Vmax in out 800mv -580mv Vmin -1.16 -1.06 Vpp 1.05 500mv
一级
二级 三级
740mv
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。
• 2KHZ频率数据记录 Vmax
in out 一级 二级 三级 1.10 4.48 1.10 1.8 4.48
Vmin
-1.42 -5.92 -1.48 -2.32 -5.92
Vpp
1.05 4.4 1.15 1.79 10.5
• 10KHZ数据记录
Vmax in 940mv Vmin -1.32 Vpp 1.05
• 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