六阶有源低通滤波器总结PPT幻灯片课件

六阶有源低通滤波器 组员 郑兴权缪堂伟汪翀 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 说明 第一幅图是采用Multisim13 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 7 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 8 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 48224G2 3 1 414 1 586G3 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 148G2 1 0 586G3 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 9 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 10 2 4测试主要设备及设备指标要求与评价 2 4 1DP832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 50us0 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 11 2 4 2DG1022U主要性能指标 12 2 4 3SDS3102主要性能指标带宽高达1GHz实时采样率高达4GSa 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 13 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 14 三 实物展示和结果测试 15 16 四 数据分析 1KHZ频率数据记录2KHZ频率数据记录 17 10KHZ数据记录20KHZ数据记录 18 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 19 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 33KP 4 40 1 05 4 192 20 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 33KP 4 40 1 05 4 192 21 10KHZ时 KP 3 7 1 05 3 523 22 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 23 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