六阶有源低通滤波器总结.ppt

六阶有源低通滤波器组员组员: :郑兴权郑兴权 缪缪堂堂堂堂伟伟 汪翀汪翀汪翀汪翀•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一、设计要求•1 1、截止、截止频频率率为为10KZ;10KZ;•2 2、通、通带带内允内允许许范范围围9.576dB;9.576dB;•3 3、阻、阻带带衰减：衰减：<-26dB;<-26dB;•4 4、采用三、采用三级级放大：放大：2.48242.4824；；1.5861.586；；1.06191.0619，，Kp=4.2Kp=4.2；2.1 2.1 系系统统框架框架/ /方案、仿真、方案、仿真、设计设计等材料等材料说说明明•2.1.1 系系统设计框架框架/方案的方案的论证•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系系统仿真及仿真及说明明•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 系系统设计及及说明明•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• •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2.3 2.3 测试框架和各指框架和各指标测试方法的描述方法的描述•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，使用进行拍照，用于数据的处理使用2.4 2.4 测试主要主要设备及及设备指指标要求与要求与评价价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)in1.16-1.401.05out4.56-5.924.4一级1.14--1.521.16二级1.84-2.361.8三级4.56-5.924.4 VmaxVminVppin1.10-1.421.05out4.48-5.924.4一级1.10-1.481.15二级1.8-2.321.79三级4.48-5.9210.5•10KHZ数据记录•20KHZ数据记录 VmaxVminVppin940mv-1.321.05out3.36-4.83.18一级560mv-992mv1.52二级640mv-1.281.92三级3.36-4.83.188VmaxVminVppin800mv-1.161.05out-580mv-1.06500mv一级740mv-1.101.8二级-822mv-871mv52mv三级-580mv-1.06500mv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 ！。