二阶低通滤波器增益问题

**@pmw_56** · 2018-4-6 21:59

本帖最后由 pmw_56 于 2018-4-6 22:07 编辑

参照网上单位增益的二阶低通滤波器设计的，如图所示，100HZ低通，Av增益怎么会是0.86 ？我的目的是将矩形波平滑化，生成直流电压，现在就是不准，可以生成不同的电压，形成阶梯波

2018-4-7 19:33

少一个电阻.

2018-4-7 22:28

billypeng 发表于 2018-4-7 19:33
少一个电阻.

哪个地方少了一个电阻？

2018-4-7 22:32

本帖最后由 pmw_56 于 2018-4-7 22:35 编辑

billypeng 发表于 2018-4-7 19:33
少一个电阻.

我的目的是想做成增益为1的二阶滤波器，也就是我PWM输出占空比为50%时，输出直流电压刚好是原矩形波峰值的一半，相当于用PWM输出做D/A转换，现在情况可以平滑成直流电压，但就是电压不准。

2018-4-8 11:42

好好学习滤波器吧
没有理解滤波器特性

2018-4-8 18:02

要用2级滤波，或者先用2阶无源的滤了之后再进这个有源2阶

2018-4-8 19:06

coody 发表于 2018-4-8 18:02
要用2级滤波，或者先用2阶无源的滤了之后再进这个有源2阶

滤波没有问题，现在就是输出电压不是很准，我现在可以用PWM输出不同占空比，控制不同电压输出，如上图输出的阶梯波，也可以输出锯齿波，但就是输出比喻占空比50%，MCU的VDD是3.3V，低通后输出电压不是1.65V ，其他的占空比也一样，都偏小。

2018-4-8 22:08

pmw_56 发表于 2018-4-8 19:06
滤波没有问题，现在就是输出电压不是很准，我现在可以用PWM输出不同占空比，控制不同电压输出，如上图输 ...

这是 Sallen-Key 结构的低通滤波器，6.8K 电阻或可短路。

为了确定问题所在，楼主可否给出下列设计参数和测量数据？
设计参数：
- 运放型号；
- PWM 频率；
- LPF 直流增益；
- LPF 通带截止频率；
- LPF 阻带截止频率；

测量数据：
- 3.3V 电源电压；
- PWM 低电平和高电平电压；
- 占空比约为 30% 的时候，实际占空比和 LPF 输出电压；
- 占空比约为 40% 的时候，实际占空比和 LPF 输出电压；
- 占空比约为 50% 的时候，实际占空比和 LPF 输出电压；
- 占空比约为 60% 的时候，实际占空比和 LPF 输出电压；
- 占空比约为 70% 的时候，实际占空比和 LPF 输出电压；

2018-4-9 09:13

假设滤波器为0.1hz,那么你输出就是接近直流。这样比较下就知道你要保持增益为1，带宽肯定设置不对。

2018-4-9 09:39

pmw_56 发表于 2018-4-7 22:32
我的目的是想做成增益为1的二阶滤波器，也就是我PWM输出占空比为50%时，输出直流电压刚好是原矩形波峰值的 ...

如果是将50%的矩形波积分成平滑直流电，应该以10倍于矩形波宽度计算RC常数。
100Hz的宽度是5ms，则RC=50ms，R=1K，C=50u，两阶无源就可以，输出幅度达不到一半，负载电阻越小幅度越小，要跟随器输出，或者用Key电路。

2018-4-9 11:20

Jack315 发表于 2018-4-8 22:08
这是 Sallen-Key 结构的低通滤波器，6.8K 电阻或可短路。

为了确定问题所在，楼主可否给出下列设计参数和 ...

最初的设计是按照1KHZ, 低通100HZ的截止频率，我现在用的是 10KHZ 的PWM输出，因为没有那个值的电容，图中的电容改成 0.068uF ,0.033uF 。另外在MCU输出有接一个用运放做的电压跟随器，才接到图上的LPF

2018-4-9 11:21

Jack315 发表于 2018-4-8 22:08
这是 Sallen-Key 结构的低通滤波器，6.8K 电阻或可短路。

为了确定问题所在，楼主可否给出下列设计参数和 ...

运放是用LMV358 , 轨对轨输出的

2018-4-9 12:12

pmw_56 发表于 2018-4-9 11:20
最初的设计是按照1KHZ, 低通100HZ的截止频率，我现在用的是 10KHZ 的PWM输出，因为没有那个值的电容，图 ...

因为电路的输出是用于调制 PWM 的信号，
所以需要确定这个信号的带宽、通带内的增益以及群延时特性。

假设这个信号的最高频率为 Fmax，那么通带的截止频率 Fpass 应考虑满足 Fpass >= Fmax 。

对于 PWM 频率，假设由单片机产生，应在满足定时精度要求的情况下尽可能的高。
因为 LPF 需要滤除此频率及其所有的谐波成分。高的 PWM 频率可以减少 LPF 的级数，从而节约成本。

如果通带内增益和群延时都没有要求（比如类似接近直流的电池电压），
LPF 的 Q 值可以选择得高一点，如 1dB - Chebyshev 类型的 LPF；
反之或可选择 Bessel 类型的 LPF。
注：通带截止频率很低的单位增益 LPF，一般无自激之虞。

有源 LPF 在高频端会上翘……关于这个问题及其应采取的措施可参考下列帖子的 26# 中的附件：
采样电路中的滤波的截止频率如何确定？

回到 LZ 的问题，估计是与非理想运放和 / 或元器件参数选择有误有关。
甚至可能与 LPF 设计不正确有关。回头来仿真下看看……

2018-4-9 14:26

这个 LPF 貌似高频衰减不够。

LZ 给个固定的占空比（100KHz,50%），看看 PWM 还有多少幅度？

2018-4-9 20:42

楼主电路指标是输出平滑(注意是“平滑”)直流电，而打算用积分边界刚刚转折的频率点来实现，显然难于做到。

2018-5-7 18:43

captzs 发表于 2018-4-9 20:42
楼主电路指标是输出平滑(注意是“平滑”)直流电，而打算用积分边界刚刚转折的频率点来实现，显然难于做 ...

输出10KHZ的固定频率，占空比 1/400 分辨率可调整，想输出数控的电压。怎么能做到呢？

2018-5-7 18:45

pmw_56 发表于 2018-5-7 18:43
输出10KHZ的固定频率，占空比 1/400 分辨率可调整，想输出数控的电压。怎么能做到呢？ ...

我做的闭环控制，采样平滑后的电压，然后PID运算控制PWM来控制低通后电压，就是有一点点摆动。有什么好的办法？

2018-5-7 20:14

本帖最后由雪山飞狐D 于 2018-5-7 20:19 编辑

你电阻接错了

2018-5-8 10:15

pmw_56 发表于 2018-5-7 18:43
输出10KHZ的固定频率，占空比 1/400 分辨率可调整，想输出数控的电压。怎么能做到呢？ ...

"占空比 1/400 分辨率可调整"
是不是说最小占空比1/400，但是可以改变。如果是，1/400的占空比脉冲系列，要积分成平滑电压，能有多大电压？

2018-5-8 15:36

captzs 发表于 2018-5-8 10:15
"占空比 1/400 分辨率可调整"
是不是说最小占空比1/400，但是可以改变。如果是，1/400的占空比脉冲系列， ...

Vavg = 3.3 * 1/ 400 V ,平均电压

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