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一粒金砂(中级)

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方波滤波后的正弦波波形畸变 [复制链接]

 

想做一个滤五次谐波(频率为6.259kHZ)的电路。采用的是EM5532运放,直流电压在5V和9V中选择。结果是9V的电压得到的波形畸变小,但是滤波后的频率发生变化(6.12kHZ),5V的电压得到的波形畸变很大,但是滤波效果好。(以下分别是电路图、9V供电、5V供电)

 

 

 

 

 

 

 

 

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模拟电路好多年不用都快忘光了,正好学习一下。  详情 回复 发表于 2025-1-22 10:04
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你的仿真示波器横轴时间刻度为10ms/Div,待测方波频率是1.23kHz,示波器横轴每格有12.3个波形,太密了。所以,你看到的“波形”,并不是实际的波形。

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你看到的波形其实是电路启动的过度过程,9V时启动很快,5V时电路工作点稳定时间较长,因为每个电容除了在电路中的高阶“滤波”作用以外,还对电路的直流工作点有影响,等稳定后才能看到世界的效果,过渡过程确实波形很奇怪,我最近也在模拟,看到了这个“过度”过程。

多等一会,等稳定了再评论效果。

楼上说的很对,画面上能看到3-10个波就行了,你看到了所有,眼睛无法分别“波形”了!

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这是我在5V电压下滤五次谐波很久后的效果,即使放大也能明显看到波形幅度起伏,请问这正常吗?  详情 回复 发表于 2024-5-27 09:13
三楼说得很对,你记录下来的不是稳态,而是电源接通后短时间内的过渡过程。要观察滤波效果,应该观察电路的稳态。  详情 回复 发表于 2024-5-26 12:22
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Gen_X 发表于 2024-5-25 17:48 你看到的波形其实是电路启动的过度过程,9V时启动很快,5V时电路工作点稳定时间较长,因为每个电容除了在电 ...

三楼说得很对,你记录下来的不是稳态,而是电源接通后短时间内的过渡过程。要观察滤波效果,应该观察电路的稳态。

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maychang 发表于 2024-5-25 17:30 你的仿真示波器横轴时间刻度为10ms/Div,待测方波频率是1.23kHz,示波器横轴每格有12.3个波形,太密了。所 ...
这是我在5V电压下滤五次谐波很久后的效果,即使放大也能明显看到波形幅度起伏,请问这正常吗?

 

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【即使放大也能明显看到波形幅度起伏,请问这正常吗?】 这个我不敢确定,但很可能是正常的。 你的仿真示波器有两个通道,可以用一个通道接在方波入口,即U1A输出端,另一个通道分别接在U3A、U3B、U5A、U5B输  详情 回复 发表于 2024-5-27 09:50
 
 
 

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Gen_X 发表于 2024-5-25 17:48 你看到的波形其实是电路启动的过度过程,9V时启动很快,5V时电路工作点稳定时间较长,因为每个电容除了在电 ...

这是我在5V电压下滤五次谐波很久后的效果,即使放大也能明显看到波形幅度起伏,请问这正常吗?

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tobeaMagician 发表于 2024-5-27 09:11 这是我在5V电压下滤五次谐波很久后的效果,即使放大也能明显看到波形幅度起伏,请问这正常吗? &n ...

【即使放大也能明显看到波形幅度起伏,请问这正常吗?】

这个我不敢确定,但很可能是正常的。

你的仿真示波器有两个通道,可以用一个通道接在方波入口,即U1A输出端,另一个通道分别接在U3A、U3B、U5A、U5B输出端,这样更容易看出每一级滤波后波形的变化。

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谢谢你的解答,我观察了在5V电压下每一级的输出,能明显感觉波形的起伏,这和我理想以为的相差很远,所以我就有点迷茫了,非常感谢!    详情 回复 发表于 2024-5-27 22:48
 
 
 

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maychang 发表于 2024-5-27 09:50 【即使放大也能明显看到波形幅度起伏,请问这正常吗?】 这个我不敢确定,但很可能是正常的。 你的 ...

谢谢你的解答,我观察了在5V电压下每一级的输出,能明显感觉波形的起伏,这和我理想以为的相差很远,所以我就有点迷茫了,非常感谢!

 

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这是系统稳定性设计内容。

由于直流耦合,各级之间有工作点影响,导致这个调制现象。

请将各级之间改成电容耦合,并固定各自的工作点“参考地”。否则会摇头摆尾一直互动

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非常感谢你的帮助,前段时间一直太忙了,现在才回你。我有试图做一些改动但收效甚微,感谢啦  详情 回复 发表于 2024-6-4 13:57
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Gen_X 发表于 2024-5-28 09:44 这是系统稳定性设计内容。 由于直流耦合,各级之间有工作点影响,导致这个调制现象。 请将各级之间改 ...

非常感谢你的帮助,前段时间一直太忙了,现在才回你。我有试图做一些改动但收效甚微,感谢啦

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本帖最后由 gmchen 于 2024-7-5 14:36 编辑

一个可能的原因是:

这个5次谐波的带通滤波器采用了5级多路反馈型有源带通,这种形式的滤波器在采用两个电容相等的设计时,具有很高的增益,所以其输入端通常有一个分压电阻网络。由你的电路也可看出此分压比极大(每级都接近1000:1),由此带来的噪声影响将不可忽视。

可以改用不等容设计,此时的分压比可以减小一些,当然设计的繁琐程度增加了,但是可以编个简单的程序让计算机辅助计算。

还有一个办法是换一个其他形式的带通滤波器电路。

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本帖最后由 gmchen 于 2024-7-5 14:37 编辑

还有一个问题是:

从楼主的电路中的元件参数可以推出,这个带通滤波器的每个滤波节都具有很高的Q值。实际上由于运放的非理想特性,在构成高Q值的滤波器时,它会出现许多难以预料的问题。

其实,由于楼主的要求是从方波中得到5次谐波,所以这个带通滤波器的带宽与矩形系数(也就是滤波曲线的过渡带)可能不需要如此陡峭,其中心频率约为6.15k,只要对于3次谐波(约3.7k)与7次谐波(约8.5k)具有足够的衰减即可。那样的话,就不需要很陡的边沿,可以有效低降低滤波器的级数以及降低每级的Q值。

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对,我是用FilterPro生成的滤波电路,后面发现我的电路精确度太高,做实物很难实现,然后我降低精确度后,只用两级就滤出了理想波形,感谢  详情 回复 发表于 2024-7-24 22:53
 
 
 

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五彩晶圆(高级)

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本帖最后由 gmchen 于 2024-7-5 14:42 编辑

经计算,只要3级带通(切比雪夫型),就可以将3次谐波与7次谐波衰减大约90dB

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gmchen 发表于 2024-7-5 13:50 还有一个问题是: 从楼主的电路中的元件参数可以推出,这个带通滤波器的每个滤波节都具有很高的Q值。实 ...

对,我是用FilterPro生成的滤波电路,后面发现我的电路精确度太高,做实物很难实现,然后我降低精确度后,只用两级就滤出了理想波形,感谢

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设计滤波器用CAD软件很普遍,但是必须明确自己的需求,例如低通滤波器大致上就是需要明确转折频率与阶数(或者过渡带的衰减),通常还要明确采用何种类型(例如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆、高斯、等等)的滤波器。需  详情 回复 发表于 2024-7-25 10:44
 
 
 

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tobeaMagician 发表于 2024-7-24 22:53 对,我是用FilterPro生成的滤波电路,后面发现我的电路精确度太高,做实物很难实现,然后我降低精确度后 ...

设计滤波器用CAD软件很普遍,但是必须明确自己的需求,例如低通滤波器大致上就是需要明确转折频率与阶数(或者过渡带的衰减),通常还要明确采用何种类型(例如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆、高斯、等等)的滤波器。需要注意的是,不能提过高的要求,否则是给自己添麻烦。

另外,多数CAD软件只会给出某一种类型的电路,但是实际上可以有许多种可以达到同样功能的电路,而它们具有各自的特色,有的电路结构简单但是对器件的要求较高,有的电路复杂一些但是允许器件有较大的公差,也有的电路很方便改变参数便于调试,等等。所以要设计一个好的滤波器,需要对滤波器有较为深入的了解才行。

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一粒金砂(高级)

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可能原因:1、滤波器环路不稳定;2、滤波器中心滤波点带宽太宽

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新年新气象!

 
 
 

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五彩晶圆(初级)

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模拟电路好多年不用都快忘光了,正好学习一下。
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