使用一個運放濾三次諧波 二階有源帶通濾波器的電路設計及波形效果

昨天調了3次諧波，因為隻用一個運放，是以耗了不少功夫搜資料，特記此文，歡迎交流，互相學習！

調了半天發現波形總是讓人十分難受，沒有半點模樣，後來發現竟然是因為記錯了運放的輸出腳和正反相腳，改正過來不到半天即調好了3、5、7次諧波

如非必要，請勿轉載

文章目錄

• 輸入源
• 原理
• 方法
• 電路圖
• 電容電阻選值方法
• • 查表歸一法
  • 參考公式法
• 工程
• • 效果
  • 過程

輸入源

方波=基波+奇次諧波，是以三次諧波從方波中濾掉基波和高次諧波即可

原理

帶通濾波器可以由高通濾波器和低通濾波器合成，按照數學的思想，兩者相交就是帶通；即

帶 通 = 低 通 ∩ 高 通 帶通 = 低通∩高通 帶通=低通∩高通

方法

有源濾波器有兩種方法：無限增益多路回報帶通濾波器和壓控電源帶通濾波器

電路圖

• 無限增益多路回報帶通濾波器【二階有源】

  

• 壓控電源帶通濾波器【二階有源】

  

  電容電阻選值方法

  查表歸一法

使用這種方法，必須滿足濾波器條件。

首先給定要求的截止頻率fc，增益Kp；

然後按下述步驟設計：

• 先選擇電容C1的标稱值，電容C的初始值靠經驗決定，通常以下面的資料作參考：

Fc	C（電容選值）
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

• 所選擇的電容C1的實際值，再按照下式計算電阻換标系數K

    K = 100 / ( f c ∗ C 1 )   . \ K= 100 /(fc *C1)\,.  K=100/(fc∗C1).

  　 其中fc的機關為Hz；C1的機關為μF。

• 表中查出C相應的值和對應K = 1的電阻值

  

• 由于表中為參數K = 1時的電阻值，是以将R1~R3對應的電阻值*K就是需要的電阻值

  參考公式法

  參考一篇論文，引用一下，作者不要太感謝我

  參考：熊俊俏[1], 戴璐平[1], 劉海英[1]. 無限增益多路回報帶通濾波器的研究[J]. 電氣電子教學學報, 2013, 35(3):84-86.

  工程

  效果

  輸入方波10kHz，幅值10V， 使用無限增益多路回報有源帶通濾得，運放晶片是LM324，由于還有其他要求是以隻能用一個運放，得到3次諧波頻率29.8kHz，幅值2.56V

  

  又順手調了五次、七次諧波

  

  

  由于吉布斯效應上圖其實是有多個波形重疊的，以七次諧波為例

  

  沒辦法，1個運放太限制了，其他的波不可能濾的幹淨，也沒有那麼多時間去磨，隻能是盡可能濾幹淨

  過程

• 電路不必細說，一向知道仿真不靠譜，是以根本沒有考慮過仿真，再說了，仿真出的電路圖那麼難看，哪有直接畫的直接【因為懶】
• 做電路前先考慮一下元器件的取值，因為我手裡的我輸入的方波為10kHz，那麼它的3次諧波為30kHz,即使7次諧波也不過70kHz,選擇101~102系列的合适
• 我手裡的101~ 102系列的隻有331和102，若選擇331，那麼R1~R3勢必有點大，是以我選擇了兩個102電容，而且102電容也友善算啊……
• 關于選電阻，查表和上面那篇文獻我都參考了，對于我想要的波形來說，大緻R3>>R1>>R2【這裡的>>僅限于10倍左右】
• 文獻裡内容大概是R3對頻率幅值啥啥的都影響，而R1和R2的并聯影響頻率，再就是R2基本不影響增益，是以我選擇了R3為504的滑阻，R1為104滑阻，R2為503滑阻，都是滑阻友善我調其他頻率的波【不是因為懶】
• 注意：如果調不出來或者出很多亂七八糟的波形八成是電路連錯了，要麼是運放出入端口搞錯了【部落客坑在這裡接近一天】，一定要仔細檢查