请教多重反馈低通滤波器失真问题

只看该作者 · 2011-9-2 17:15

做了一个500k的低通滤波器，当输入正弦信号幅值大于4V时，频率远小于500K，输出信号会产生失真，如果输入信号幅值在3V以下，又不会出现失真，不知道为什么，望各位大侠不吝赐教，谢谢！附上原理图，波形是仿真图，硬件电路输出和这个图类似

3万 · 2011-9-2 18:02

一定要用有源滤波？二阶无源滤波之后再放大，行不？

只看该作者 · 2011-9-2 18:18

这是今年电子设计竞赛的E题其中一部分：设计三个低通滤波器，用来模拟传输信道的幅频特性：
a）每个滤波器带外衰减不少于40dB/十倍频程；
b）三个滤波器的截止频率分别为100kHz、200kHz、500kHz，截止频
率误差绝对值不大于10％；
c）滤波器的通带增益AF 在0.2~4.0 范围可调

只看该作者 · 2011-9-2 18:31

我们用两级二阶skllen-key滤波电路组成四阶巴特沃兹低通电路，可以实现100k和200k的截止频率，实现500k时，会出现失真，所以采用上述电路。

3万 · 2011-9-2 18:47

3楼：
该题中可没有要求有源滤波。
无源滤波，这样的指标并不难。

1万 · 2011-9-2 21:01

又要按既定指标滤波，又要能实现增益可调

只看该作者 · 2011-9-2 22:35

感觉像是相位翻转了

只看该作者 · 2011-9-2 22:45

你这个是仿真的波形吧?
仿真的波形只能参考,和实际还是有差别的,会不会是运放的模型错了.

只看该作者 · 2011-9-2 23:04

回楼上，我们是在示波器看到实际波形出现失真后，再和仿真图对比，两者波形很接近，所以排除硬件电路出错，想听听坛子上给位大神的理论分析。还有20个小时比赛就结束了，三天三夜就总共睡了10个小时，已经接近崩溃边缘了。

1万 · 2011-9-2 23:14

怀疑是运放的带宽问题

只看该作者 · 2011-9-2 23:20

实际用的是AD827,50M单位增益带宽

1万 · 2011-9-3 07:13

由于不了解情况，前面草草回帖，有些“玩世不恭”，很抱歉！

昨晚睡下后，我看了楼主的跟帖，我好好想了想。不过，所谓的理论分析我确实没有明白，但我认为你们可以实事求是地在报告中说明实际结果——现在的状况并没有说明你们失败，因为信号在低于3V的时候还是能在指定频率范围内正常工作了，只是在有条件的情况下工作……注意题目要求（根据你的描述），它并没有幅度要求，只是有频率要求而已

3万 · 2011-9-3 07:21

9楼11楼：
我劝你先别考虑大赛，学到知识和经验才是真的。
有源滤波当然有其优点，但也受很多约束。
首先，有源滤波全靠反馈才能够实现。但运放总有单位增益带宽、输出摆动速率、分布电容等等约束，不是理想的放大器。
当频率高到运放不能看成理想放大器时，那些反馈就不能实现，那么有源滤波的种种优点也无法实现。
以前曾测试一个有源二阶低通滤波器，按道理说带外应该是一直随频率增加而衰减下去，但到了转折频率三个十倍频以上，衰减反而随频率升高而减少(曲线开始上升)。无源滤波绝不会出现这种情况。
有源滤波还会由于运放的失调而在输出端出现直流分量。
无源滤波则刚好相反，它受到的约束与频率关系不大，在相当高的频率下仍能照常工作，分布参数影响较小。
500kHz的频率已经是比较高的了，分布参数不能忽略。
这是比赛，若是实际设计工作，用无源滤波加宽带放大，比采用有源滤波要保险得多，不容易出问题。反正对带内增益不均匀度和旁带衰减等等并没有要求。

1万 · 2011-9-3 07:30

另，我认为检查这样的信号波形不但要看正弦响应，还要看方波响应情况。

注意负载状态不同，波形可能也不同。

1万 · 2011-9-3 07:40

感觉像是相位翻转了
天神下凡发表于 2011-9-2 22:35

这个请楼主确认。相位倒转即该为“↑”反而为“↓”，或反之。

3万 · 2011-9-3 07:42

15楼：
你的意思，是方波中含丰富高次谐波，要看该低通滤波器在带外的响应。这和我说的测试带外正弦响应是一回事。只不过，从方波的输出波形来判断滤波器的频率响应，不是很容易的事。除非人的眼睛可以做傅立叶分析。
楼主所使用的运放，单位增益带宽为50MHz，换言之，在两个十倍频处，运放的增益已经下降到1，完全没有什么负反馈了。

只看该作者 · 2011-9-3 11:38

我觉得光看这个要求
a）每个滤波器带外衰减不少于40dB/十倍频程
只靠有源滤波器就是不行的，当输入信号频率过高以后，运放的带宽会是个大问题
下面是TI一个文档的截图，和maychang老师的表述"以前曾测试一个有源二阶低通滤波器，按道理说带外应该是一直随频率增加而衰减下去，但到了转折频率三个十倍频以上，衰减反而随频率升高而减少(曲线开始上升)"一致

只看该作者 · 2011-9-4 19:34

感谢各位的经验之谈，整个比赛还是能学到很多的，四天三夜确实很辛苦。有兴趣的兄弟可以看看题目。

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