搜索

[运放] 运放输出经过无源滤波器波形失真

[复制链接]
4844|16
202059mm|  楼主 | 2021-5-15 18:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 202059mm 于 2021-5-15 18:38 编辑

如图,输入信号为0.64V,放大7.2倍后以4.6V信号经过一个自己设计的12MHz滤波器。仿真使真确的,做实物时发现正弦波被顶部削波了,幅值为2.96V(滤波器输入输出端波形幅值都一样,都削顶,都是2.96V)。实际制作中是使用DDS信号源AD9833芯片产生信号,仿真就使用信号源代替了。另外,实物中运放ADA4891(单电源供电2.7V至5.5V)是使用单电源5V供电,仿真只能用双电源±5V供电,不然仿真运行会报错仿真不了。

如果实物中直接接信号源不经过运放,直接经过无源滤波器结果是正确的。波形没有削顶,没有失真,幅值变为信号源输出的一半(50欧阻抗匹配原因),说明设计的滤波器没有问题。这么说是运放的问题,但是找不出具体问题在哪

滤波器.png

使用特权

评论回复

相关帖子

gx_huang| | 2021-5-15 21:27 | 显示全部楼层
看了3遍也没看明白。
1、运放的供电必须足够,没明白实际供电,单电源,输入信号是单极性?2.96V啥意思?
2、运放的带载能力必须足够,负载有47欧姆,如果5V供电,能否输出4.6V?

使用特权

评论回复
king5555| | 2021-5-15 21:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 king5555 于 2021-5-15 21:53 编辑

电源5V,而负载47Ω或51Ω,最大峰対峰必然小于5Vpp,实际还会再小,自个查看手冊,我就不看了。单电源通常需要隔直。
LC滤波必须重新设计,你要衰减50dB左右4~5阶即可(L+C不合隔直之总数即4~5个)。
Image_415.png

使用特权

评论回复
202059mm|  楼主 | 2021-5-15 22:26 | 显示全部楼层
gx_huang 发表于 2021-5-15 21:27
看了3遍也没看明白。
1、运放的供电必须足够,没明白实际供电,单电源,输入信号是单极性?2.96V啥意思?
2 ...

1、4.6V是运放的输出信号幅值,2.96V是我将运放输出端连接到滤波器后,无论是滤波器输入端还是输出端,都变为2.96V了,所以波形顶部直接削顶了。
2、带负载这个我没怎么考虑过,如果不接滤波器是可以输出4.56V的。

使用特权

评论回复
202059mm|  楼主 | 2021-5-15 22:45 | 显示全部楼层
本帖最后由 202059mm 于 2021-5-15 22:47 编辑
king5555 发表于 2021-5-15 21:50
电源5V,而负载47Ω或51Ω,最大峰対峰必然小于5Vpp,实际还会再小,自个查看手冊,我就不看了。单电源通常 ...

厉害,虽然有些我还搞不懂!我是看了一篇文章快速设计无源滤波器的
1、我这个之前是设计12MHz截止频率,在25MHz下降40db,算出了7阶滤波器。我好像设计有点问题,我用的是DDS芯片产生信号源,该DDS芯片带200欧负载,那设计的滤波器是不是也应该是200欧?我这设计为50欧了,由于买的电阻没有50欧所以就使用47欧代替了,其他电容电感也是使用能买得到的值代替理论计算值,有点偏差,但仿真可以的。
2、没有接滤波器这个运放最大能输出峰峰值4.56V左右(虽说是轨到轨运放),但是为啥接上滤波器变为2.96V,小这么多?带负载情况没有考虑到,这个还有点搞不清楚,电路知识还不够不扎实。
3、第三个问题想问下为啥4~5阶可以了啊,阶数高会有影响吗?

使用特权

评论回复
king5555| | 2021-5-15 23:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 king5555 于 2021-5-15 23:48 编辑

1,信号1MHz,载止12MHz,相距12倍,就不需陡峭的滤波,一般三阶对于信号2倍频率,就可以衰减30dB,因此推断4~5阶,不过于以预留第6阶的接地电容,。DDS的输出阻抗是200欧姆,就以200欧姆去当它的负载。
2,运放输出空载电压约4.6伏特,同样地要匹配时,负载就等于运放输出阻抗(这颗运放应该是50欧姆,手冊隨便看了,没看到有写,是看电路笵例。),在接上匹配的负载时之电压,即是空载电压之一半,分压了。
3,电阻用47~51欧姆,都可以代替50欧姆。反正L丶C的元件误差相对更大。
4,仿真电路:
Image_416.png

使用特权

评论回复
202059mm|  楼主 | 2021-5-16 09:44 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-5-15 23:26
1,信号1MHz,载止12MHz,相距12倍,就不需陡峭的滤波,一般三阶对于信号2倍频率,就可以衰减30dB,因此推断 ...

1、其实我信号是DDS芯片(AD9833)输出0~9MHz,我看到网上的无源滤波都是六阶。
2、运放负载是50欧姆,那我滤波器后面的负载是47欧,相当阻抗匹配,那好像也不对啊。空载4.6V,阻抗匹配后不应该变为2.96V,而且怎么会波形顶部削顶了呢?

使用特权

评论回复
TT1000| | 2021-5-16 10:22 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享

使用特权

评论回复
king5555| | 2021-5-16 10:59 | 显示全部楼层
本帖最后由 king5555 于 2021-5-16 11:33 编辑
202059mm 发表于 2021-5-16 09:44
1、其实我信号是DDS芯片(AD9833)输出0~9MHz,我看到网上的无源滤波都是六阶。
2、运放负载是50欧姆,那 ...


空载4.6V,阻抗匹配后不应该变为2.96V。~~~由于L丶C都有误差,以及当初仿真是以理想的L丶C,从滤波器源头进去等效之阻抗,已经不是预期的,并且不是纯电阻性,还带有电抗成分,变成R1||X1,R1也不是预期值。空载4.6V时完全匹配后得到2.3V,现在是2.96V代表实际阻抗Z1(=R1||X1 )大于预期值。按电阻分压定律可知实际阻抗Z1是多少,把Z1当成电阻来看,4.6*Z1/(Z1+50)=2.96。
至于为何削顶,我看是原本在空载时,就已经削顶。你可能刪掉LC滤波,而运放输出端经过隔直电容去接47或51欧姆,看看是否削顶。

使用特权

评论回复
202059mm|  楼主 | 2021-5-16 12:14 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-5-16 10:59
空载4.6V,阻抗匹配后不应该变为2.96V。~~~由于L丶C都有误差,以及当初仿真是以理想的L丶C,从滤波器源头 ...

我仿真的时候按照修改的值结果也挺正确的

空载的时候没有削顶。把LC滤波电路删掉去接47欧电阻也是一样的2.96V。按照这个想法只接电阻,我接100欧时输出3.76V,接200欧输出4.08V,300欧姆时输出4.24V,再加大电阻峰峰值就上不去了。电阻加大时波形削顶也没那么明显了。但还是有一点削顶

接滤波器一定要阻抗匹配嘛,那输出幅值岂不是减半了?

使用特权

评论回复
Siderlee| | 2021-5-16 14:31 | 显示全部楼层
我感觉应该是仪器用的不对   你看一下接入运放以后信号源的输出

使用特权

评论回复
king5555| | 2021-5-16 15:02 | 显示全部楼层
202059mm 发表于 2021-5-16 12:14
我仿真的时候按照修改的值结果也挺正确的

空载的时候没有削顶。把LC滤波电路删掉去接47欧电阻也 ...

如图,是否削顶取决于Rf/Rg,代表原先Rg(=100欧姆)过小,就是削顶。
在做功率传递或者频率高(多高,我不清楚,按照已知运用,大概50MHz以上)时必须阻抗匹配,亦即Ro=RL。那么你现在是10MHz以下,是可以RL>Ro的,但最好RL不要离Ro太大。在RL不等于Ro时,我图中的Av将有变化。
定好了RL,譬如150欧姆,就以此值跟终端电阻,来设计无源滤波器。
所以高频信号发生器,标定的输出值,是指负载阻抗等于产生器输出阻抗之时候,如果是在空载时,输出的电压有可能比标定的输出值还高,要依产生器內部的反馈机制而定。
Image_420.png

使用特权

评论回复
202059mm|  楼主 | 2021-5-16 16:36 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-5-16 15:02
如图,是否削顶取决于Rf/Rg,代表原先Rg(=100欧姆)过小,就是削顶。
在做功率传递或者频率高(多高,我不 ...

还是有点不懂啊,“Rg(=100欧姆)过小,就是削顶”不就是说明放大倍数大了,但是我这放大后也就4.6V。而且我运放接不同RL值,削顶程度不一样,RL大的时候削顶没那么严重。

使用特权

评论回复
king5555| | 2021-5-16 17:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 king5555 于 2021-5-16 17:20 编辑
202059mm 发表于 2021-5-16 16:36
还是有点不懂啊,“Rg(=100欧姆)过小,就是削顶”不就是说明放大倍数大了,但是我这放大后也就4.6V。而且 ...


设置的Av或Vin过大,虚短特性已经失效,必定会削顶。这也涉及到运放本身的驱动能力,它有个短路电流指标,在不降低Av时,负载RL越小则削顶越厳重,也就是RL越小则Vout也越小。
总之,设法降低Av或Vin才是解救之道,而提高RL也稍有帮助,但RL能提高的也不多,要看你要传递功率还是电压。运放的负载RL一旦改变,LC滤波器又要重新设计。

使用特权

评论回复

评论

202059mm 2021-5-17 00:28 回复TA
@king5555 :好的,感谢你的耐心回答,我再实物试下 
king5555 2021-5-16 22:47 回复TA
@202059mm :不外乎是,VCC丶Vin丶Ro丶RL丶Av丶运放输出能力,可以仿真来衡量之。 
202059mm 2021-5-16 22:07 回复TA
我要传递的是电压,现在看减小削顶就得降低Av或者提高RL,RL提高到300欧左右输出幅值在4.24就基本不变大了,而且还有点削顶。那我想输出运放的最大值4.6V是达不到了吗 
扫描二维码,随时随地手机跟帖
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

我要发帖 我要提问 投诉建议 申请版主

快速回复

您需要登录后才可以回帖
登录 | 注册
高级模式

本版热帖

本版活跃用户

优质原创写原创,赢大奖

编辑推荐

  • 1 kk的回忆 得到打赏 ¥600.00
  • 2 名字还没想好 得到打赏 ¥350.00
  • 3 天意无罪 得到打赏 ¥312.00
  • 4 wolfe_yu 得到打赏 ¥210.00
  • 5 呐咯密密 得到打赏 ¥170.00
  • 6 gaoyang9992006 得到打赏 ¥120.00
  • 7 CZF11 得到打赏 ¥100.00
  • 8 年轻的国王 得到打赏 ¥90.00
  • 9 hunteredward 得到打赏 ¥90.00
  • 10 blust5 得到打赏 ¥85.00
在线客服 快速回复 返回顶部 返回列表