二阶有源带通滤波器滤波原理

橡胶弹力球⼆阶有源带通滤波器滤波原理
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请注意有源滤波器因为运放的有效识别电压和响应频率的影响,适⽤于低频信号的滤波,对于⾼频信号最好使⽤⽆缘滤波。
名词解释
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yig滤波器⼀阶低通滤波器,包含⼀组RC构成的滤波器,将谐波过滤⼀次;两阶低通滤波器,包含两组RC构成的滤波器,将谐波过滤两次。同理三阶滤波。。。。
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11年的某⽉,因某个项⽬的需要,要求对接收的58KHZ超声波信号进⾏滤波,于是我就在⽹上了很多与滤波器相关的资料,最后选择了使⽤有源⼆阶带通滤波器来对58KHZ的超声波信号进⾏滤波。⽽对于带通滤波器的设计要求是中⼼频率为58KHZ,带宽为5KHZ左右,中⼼频率的放⼤倍数要求尽可能的⼤。
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在说带通滤波器之前,先说说我对于滤波器的⼀些基本的认识,⾸先滤波器按照处理信号类型分类有模
拟滤波器和离散滤波器,⽽我们常⽤的模拟滤波器⼜分为有源滤波器和⽆源滤波器。⽆源滤波器就是⽆源器件组成的滤波器,⼀般都是RC和LC等分⽴元件构成。常⽤的⽆源滤波器有贝塞尔滤波器、巴特沃斯滤波器、切尔雪夫滤波器、椭圆滤波器等等。⽽有源滤波器则是有源器件构成的,常⽤的有源器件有运放。按照频率通带来分有低通、⾼通、带通、带阻、全通滤波器。下⾯我就开始介绍⼀下有源带通滤波器,如下图所⽰:
图1、压控电压源⼆阶带通滤波器
图2、⽆限增益多路负反馈有缘⼆阶带通滤波器
⾸先,我先说⼀下压控电压源⼆阶带通滤波器,关于带通滤波器,我们需要知道的⼏个重要参数:中⼼频率f0或者中⼼⾓频率W0、通带带宽BW、中⼼频率的放⼤倍数Auo和品质因素Q。其中按照图1中的原理图,通过查阅相关资料可得到这⼏个参数的计算公式如下:
同理,⽆限增益多路负反馈有源⼆阶带通滤波器的参数计算公式如下:
但是,我在按照如上的电路分别对压控电压源⼆阶带通滤波器和⽆限增益多路负反馈有源⼆阶带通滤波器进⾏的调试过程中,发现按照如上的公式计算出来的参数在电路板上得到的结果⼤部分并不相同,有时候会相差很⼤的结果。也许有⼈会说,先对计算好的电路⽤multisim 进⾏仿真,仿真过了就把参数焊接到电路板上。其实我也这样试过,但是这样做得到的结果和在电路板上进⾏实验得到的结果也是不⼀样的。我在调试的过程中还发现,同样的参数移植到不同的放⼤器的时候,得到的结果也不⼀样。还有就是当同⼀款放⼤器和相同的⼀组参数,如果放⼤器的供电不⼀样的时候,⽐如说我给TLE2142正负12V和+12,+6这两种供电⽅式得到的结果也是不⼀样的。
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因此,我得到的结论是:理论上的计算和电路的仿真都是在理想情况下得到的,我们在做实物的时候不能完成按照理论上的东西照搬。因为现实中的情况是⽐较复杂的,⾄于为什么计算和仿真得到的参数,搬到电路板上为什么不能够得到结论,我个⼈觉得有两个原因:⼀个就是PCB板上本⾝就带有寄⽣电容、电感和分布电容,虽然这些值很⼩,但是有可能会影响到电路的结论;第⼆就是放⼤器,由于不同的放⼤器内部的结构是不同的,因此在⽤不同的放⼤器的时候,有可能会影响到放⼤器外围的电路参数。
下⾯我就介绍⼀下我对于两种带通滤波器调试得到的结果:
⾸先是压控电压源⼆阶带通滤波器,我⽤的放⼤器型号是TLE2142I,因为各种原因有很多组参数都没有保存并且记录下来,只是记录了如下图3所⽰的这组参数,这组参数的中⼼频率是58KHZ,放⼤倍数为14倍。在调试的时候我发现改变R17、R12和R19的阻值可以改变带通滤波器的中⼼频率,改变R14和R9的阻值可以改变带通滤波器的带宽且R9的阻值不可以⼤于R14的两倍。如果阻值⼤于两倍,则带通滤波器将失去滤波的作⽤。这个结论和理论计算上得到的公式相吻合。
图3、单级带通滤波器自动埋钉机
下⾯则是⽆限增益带通滤波器的原理图,我使⽤的放⼤器型号是SA5532。在调试这个电路的时候我发现减⼩C503可抬升中⼼频率的值,反之减⼩中⼼频率,减⼩C504也可抬升中⼼频率,反之可减⼩中⼼频率。这个结论和理论计算上得到的公式相吻合。
图4、⽆限增益带通滤波器
注:图4中Vref为放⼤器参考电压,其值为6V。
下⾯是我调试⽆限增益带通滤波器图4得到的参数。
表1、⽆限增益放⼤器调试结果
总之,理论上计算出来的公式⼤体上每⼀个参数对应的关系(正⽐或者反⽐关系)是对的,但是计算出来的数值和现实调试得到的结果是不⼀样的。还有就是关于multisim的仿真,⼤部分仿真得到的结果和实验调试得到结果也是不⼀样。⾃⼰动⼿得到的实际结果才是王道。

本文发布于:2024-09-21 17:42:38,感谢您对本站的认可!

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