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二阶低通滤波器增益问题

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楼主
pmw_56|  楼主 | 2018-4-6 21:59 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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



LPF.jpg (71.69 KB )

LPF.jpg

osc.jpg (283.45 KB )

osc.jpg
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pmw_56 2018-5-11 09:30 回复TA
@pmw_56 :如果不考虑频率的话,可以输出比喻锯齿波,正弦波都可以 
pmw_56 2018-5-11 09:28 回复TA
@xch : 不同的占空比下,延时输出的阶梯波形,这个可以输出很多种波形来 
happyxip 2018-5-9 22:05 回复TA
学习中。。。 
xch 2018-4-8 23:48 回复TA
这波形是哪个测试点的?不会是测错了? 

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沙发
billypeng| | 2018-4-7 19:33 | 只看该作者
少一个电阻.

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板凳
pmw_56|  楼主 | 2018-4-7 22:28 | 只看该作者

哪个地方少了一个电阻?

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地板
pmw_56|  楼主 | 2018-4-7 22:32 | 只看该作者
本帖最后由 pmw_56 于 2018-4-7 22:35 编辑

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。

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5
steelen| | 2018-4-8 11:42 | 只看该作者
好好学习滤波器吧
没有理解滤波器特性

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6
coody| | 2018-4-8 18:02 | 只看该作者
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

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7
pmw_56|  楼主 | 2018-4-8 19:06 | 只看该作者
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。

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king5555 + 1 这低通其直流增益为1,而交流增益小于1仅一处例外。正常。
8
Jack315| | 2018-4-8 22:08 | 只看该作者
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;

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king5555 + 2 对于方波和正弦波的截止频率是不同的,楼主忽略了。
9
一周一天班| | 2018-4-9 09:13 | 只看该作者
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。

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10
captzs| | 2018-4-9 09:39 | 只看该作者
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。

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11
pmw_56|  楼主 | 2018-4-9 11:20 | 只看该作者
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

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12
pmw_56|  楼主 | 2018-4-9 11:21 | 只看该作者
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

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13
Jack315| | 2018-4-9 12:12 | 只看该作者
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……

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king5555 + 6 很给力!
14
Jack315| | 2018-4-9 14:26 | 只看该作者
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?

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captzs| | 2018-4-9 20:42 | 只看该作者
    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。

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16
pmw_56|  楼主 | 2018-5-7 18:43 | 只看该作者
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?

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17
pmw_56|  楼主 | 2018-5-7 18:45 | 只看该作者
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?

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18
雪山飞狐D| | 2018-5-7 20:14 | 只看该作者
本帖最后由 雪山飞狐D 于 2018-5-7 20:19 编辑

你电阻接错了

QQ图片20180507201330.png (478.39 KB )

QQ图片20180507201330.png

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19
captzs| | 2018-5-8 10:15 | 只看该作者
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?

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20
pmw_56|  楼主 | 2018-5-8 15:36 | 只看该作者
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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