使用一个运放滤三次谐波 二阶有源带通滤波器的电路设计及波形效果

使用一个运放滤三次谐波 二阶有源带通滤波器的电路设计及波形效果本文主要讲无限增益多路反馈有源带通滤波器的实现,工程实作,非理论知识,关于其他方法简略提,不做细究

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

昨天调了3次谐波,因为只用一个运放,因此耗了不少功夫搜资料,特记此文,欢迎交流,互相学习!
调了半天发现波形总是让人十分难受,没有半点模样,后来发现竟然是因为记错了运放的输出脚和正反相脚,改正过来不到半天即调好了3、5、7次谐波
如非必要,请勿转载

输入源

方波=基波+奇次谐波,因此三次谐波从方波中滤掉基波和高次谐波即可

原理

Created with Raphaël 2.2.0 方波 调整带通滤波器 三次谐波(正弦)? 结束 yes no

带通滤波器可以由高通滤波器低通滤波器合成,按照数学的思想,两者相交就是带通;即
带 通 = 低 通 ∩ 高 通 带通 = 低通∩高通 =
带通滤波器

方法

有源滤波器有两种方法:无限增益多路反馈带通滤波器和压控电源带通滤波器

电路图

  • 无限增益多路反馈带通滤波器【二阶有源】
    无限增益多路反馈带通滤波器
  • 压控电源带通滤波器【二阶有源】
    压控电源带通滤波器

    电容电阻选值方法

    查表归一法

使用这种方法,必须满足滤波器条件。
首先给定要求的截止频率fc,增益Kp
然后按下述步骤设计

  • 先选择电容C1的标称值,电容C的初始值靠经验决定,通常以下面的数据作参考:
Fc C(电容选值)
f c ≤ 100Hz C = (10-0.1) μF
f c = (100-1000)Hz C = (0.1-0.01) μF
f c = (1-10k)Hz C = (0.01-0.001) μF
f c = (10-1000k)Hz C = (1000-100)pF
f c ≥ 100kHz C = (100-10)pF
  • 所选择的电容C1的实际值,再按照下式计算电阻换标系数K
      K = 100 / ( f c ∗ C 1 )   . \ K= 100 /(fc *C1)\,.  K=100/(fcC1).
      其中fc的单位为Hz;C1的单位为μF。
  • 表中查出C相应的值和对应K = 1的电阻值
    在这里插入图片描述
  • 由于表中为参数K = 1时的电阻值,因此将R1~R3对应的电阻值*K就是需要的电阻值

    参考公式法

    参考一篇论文,引用一下,作者不要太感谢我
    参考:熊俊俏[1], 戴璐平[1], 刘海英[1]. 无限增益多路反馈带通滤波器的研究[J]. 电气电子教学学报, 2013, 35(3):84-86.

    工程

    效果

    输入方波10kHz,幅值10V, 使用无限增益多路反馈有源带通滤得,运放芯片是LM324,由于还有其他要求因此只能用一个运放,得到3次谐波频率29.8kHz,幅值2.56V3
    又顺手调了五次、七次谐波
    57
    由于吉布斯效应上图其实是有多个波形重叠的,以七次谐波为例7
    没办法,1个运放太限制了,其他的波不可能滤的干净,也没有那么多时间去磨,只能是尽可能滤干净

    过程

  • 电路不必细说,一向知道仿真不靠谱,所以根本没有考虑过仿真,再说了,仿真出的电路图那么难看,哪有直接画的直接【因为懒】
  • 做电路前先考虑一下元器件的取值,因为我手里的我输入的方波为10kHz,那么它的3次谐波为30kHz,即使7次谐波也不过70kHz,选择101~102系列的合适
  • 我手里的101~ 102系列的只有331和102,若选择331,那么R1~R3势必有点大,所以我选择了两个102电容,而且102电容也方便算啊……
  • 关于选电阻,查表和上面那篇文献我都参考了,对于我想要的波形来说,大致R3>>R1>>R2【这里的>>仅限于10倍左右】
  • 文献里内容大概是R3对频率幅值啥啥的都影响,而R1和R2的并联影响频率,再就是R2基本不影响增益,因此我选择了R3为504的滑阻,R1为104滑阻,R2为503滑阻,都是滑阻方便我调其他频率的波【不是因为懒】
  • 注意:如果调不出来或者出很多乱七八糟的波形八成是电路连错了,要么是运放出入端口搞错了【博主坑在这里接近一天】,一定要仔细检查
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