在濾波器部分，考慮到實(shí)驗(yàn)室器材和目前電子市場上材料以及制作調(diào)試的難易 程度，宜使用無源 LC 濾波器。在通帶內(nèi)巴特沃斯濾波器式無衰減的，而切比雪 夫?yàn)V波器則最大有 APdB 的衰減。在阻帶內(nèi)，切比雪夫?yàn)V波器較同階的巴特沃斯 濾波器有較大的衰減量。因而低通和高通濾波器采用巴特沃斯 LC 濾波器，帶通 濾波器采用切比雪夫 LC 濾波器。
方案一：采用 RC 移相電路。使用 RC 電路作為移相網(wǎng)絡(luò)的振蕩器統(tǒng)稱為 RC 正弦波振蕩器，主要工作在幾十千赫以下的低頻段。采用的移相電路有 RC 倒前移相電路，RC 滯后移相電路。由于 RC 移相電路的選頻特性不理想，因而 它的輸出波形失真大，頻穩(wěn)度低，只能用在性能不高的設(shè)備中。串并聯(lián)選頻電路 的輸出端接在運(yùn)算放大器的同相端，利用兩個(gè)反向并聯(lián)二極管（溫度穩(wěn)定性好），保證輸出波形正負(fù)半周對稱。通過改變 RC 的參數(shù)來改變輸出頻率。
方案二：采用 LC 電容三點(diǎn)式振蕩電路。電容三端振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形 較好，這是因?yàn)榧姌O和基極電流可通過對諧波為低阻抗的電容支路回到發(fā)射 機(jī)，所以高次諧波的反饋減弱，輸出的諧波分量減少，波更加接近于正弦波。其 次，該電路中的不穩(wěn)定電容與電路為并聯(lián)，適當(dāng)增大回路電容量，就可以減少不 穩(wěn)定因素對振蕩器的影響，從而提高了頻率穩(wěn)定度。故適用于較高的工作頻率。
綜上，低頻部分可使用通用運(yùn)放+文氏電橋?qū)崿F(xiàn)，中頻部分可使用高帶寬運(yùn)放+文氏電橋?qū)崿F(xiàn)，高頻部分采用 LC 振蕩器實(shí)現(xiàn)。濾波器的用途是抑制無用信號(hào)，而使有用信號(hào)順利通過。濾波器種類繁多， 按構(gòu)成的元器件，可分為無源濾波器和有源濾波器（含運(yùn)放）兩種；按處理的對 象，可分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器；按濾波器原型的頻率響應(yīng)，可分為巴特沃 斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器和橢圓型濾波器等。根據(jù)本課設(shè)所要求的通帶阻帶范 圍不同，分別需要設(shè)計(jì)低通、高通、帶通濾波器。
方案一：采用巴特沃斯濾波器。巴特沃斯濾波器的階數(shù) n 取決于阻帶的截止 頻率ωS（ωS>ωP）所對應(yīng)的最小衰減 AS 和通帶的截止頻率ωP 對應(yīng)的衰減 AP。 n 越大，通帶內(nèi)幅度減小得越慢，也就是通帶內(nèi)特性越平坦。
方案二：采用切比雪夫?yàn)V波器。切比雪夫?yàn)V波器的階數(shù)由規(guī)定在某一頻率ω S（ωS>ωP）上，衰減量不得小于 AS 來確定。給定通帶波紋值后，就可 以得到 即通帶內(nèi)幅度波動(dòng)的程度。
APdB 的衰減。在阻帶內(nèi)，切比雪夫?yàn)V波器較同階的巴特沃斯濾波器有較大的衰 減量。實(shí)際上，除要求通帶平坦外，大多允許通帶有少量的衰減而采用切比雪夫 濾波器，以獲得較大的衰減量或減少電路的階數(shù)。
綜上，考慮到實(shí)驗(yàn)室器材和目前電子市場上材料以及制作調(diào)試的難易程度， 宜使用無源 LC 濾波器。在設(shè)計(jì)中考慮到巴特沃斯濾波器通頻帶內(nèi)外都有平穩(wěn)的 幅頻特性，因而低通和高通濾波器采用巴特沃斯 LC 濾波器，帶通濾波器采用切 比雪夫 LC 濾波器。
支路，同時(shí)兼作選頻網(wǎng)絡(luò)，RW 及二極管等元件構(gòu)成負(fù)反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)電 位器 RW，可以改變負(fù)反饋深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個(gè) 反向并聯(lián)二極管 D1、D2 正向電阻的非線性特性來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。D1、D2 采用硅管
（溫度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負(fù)半周對稱。R1 的接入是為了削弱二極管非線性的影響，用于矯正二極管死區(qū)造成的陡峭交越失 真。振蕩器初級(jí)輸出端串接 470Ω 至負(fù)電源，以矯正 LM324 自身特性造成的平 坦交越失真和“毛刺現(xiàn)象”。輸出端用 LM324N 多余的運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器，可 以提供帶負(fù)載能力并降低負(fù)載效應(yīng)。
2. 振蕩器初級(jí)輸出端串接 470Ω 至負(fù)電源，以矯正 LM324 自身特性造成的平 坦交越失真和
5. 輸出端用 324 多余的運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器，可以提供帶負(fù)載能力并降低負(fù)載 效應(yīng)。
在本設(shè)計(jì)中擬采用并聯(lián)改進(jìn)型的西勒電路振蕩器。具體電路如下圖3所示基 極偏置采用電阻分壓偏置，通過調(diào)整Rb1電位器達(dá)到最佳狀態(tài)。 射極采用Re1和Re2 串聯(lián)作為反饋電阻。其中Re1為直流反饋電阻，Re2對交流和直流均有反饋?zhàn)饔谩?目的是改善振蕩器的穩(wěn)定性。LC 當(dāng)作高頻扼流圈使用。R 為阻尼電阻，目的是
電路阻抗：Zc=50Ω，滿足f<=10KHz 的信號(hào)可通過； 通帶最大衰減量：3dB；
（2）確定電路參數(shù)： 電路阻抗：Zc=50Ω； 通帶截止頻率：fP＝15 KHz； 阻帶截止頻率：fS＝25KHz； 通帶最大衰減量：AP=3dB； 阻帶最小衰減量：AS=20dB；
元件標(biāo)號(hào) | C1（nF） | L2（μH） | C3（nF） | L4（μH） | C5（nF） |
元件值 | 131.1 | 858.4 | 424.4 | 858.4 | 131.1 |
此處 5 個(gè)值是由理論計(jì)算得來，在計(jì)算時(shí)，保留了一些余量。因?yàn)槔碚撚?jì) 算出來的電感與電容值與實(shí)際使用的不一定相符合，因而在選擇電感以及電容 時(shí)，可能會(huì)由多個(gè)電感以及電容并串得來，與理論值有些許誤差，但所得的結(jié) 果在允許范圍內(nèi)。但亦可采用可調(diào)電容或電感，調(diào)整電路接入值，使得電路能 夠更精確的達(dá)到所設(shè)計(jì)的要求。此處，為設(shè)計(jì)方便，直接利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的原 材料來設(shè)計(jì)此低通濾波器。
電路阻抗：Zc=50Ω，f0=100KHz 的信號(hào)可通過； 通帶最大衰減量：1dB； 阻帶最小衰減量：20dB。
（2）確定電路參數(shù)： 電路阻抗：Zc=50Ω 通帶上限截止頻率：fP2=120 KHz 通帶下限截止頻率：fP1=80KHz 阻帶上限截止頻率：fS2=200 KHz 阻帶下限截止頻率：fS1=40 KHz 通帶最大衰減量：AP=1dB 阻帶最小衰減量：AS=20dB
g1 | g2 | g3 |
2.216 | 1.0883 | 2.216 |
元件標(biāo)號(hào) | Cp1（pF） | Lp2（μH） | Cp3（pF） |
元件值 | 179.6 | 398.1 | 79.6 |
由低通原型實(shí)際元件值根據(jù)轉(zhuǎn)換對照表 5，計(jì)算出帶通原型實(shí)際元件值， 并用帶通原型轉(zhuǎn)換電路取代低通原型電路元件，以完成帶通電路結(jié)構(gòu)。其轉(zhuǎn)換公式如下：
元件標(biāo)號(hào) | C1（nF） | L1（μH） | C2（nF） | L2（μH） | C3（nF） | L3（μH） |
元件值 | 79.6 | 33.5 | 6.6 | 398.6 | 79.6 | 33.5 |
電路阻抗：Zc=50Ω，f0=100KHz 的信號(hào)可通過； 通帶最大衰減量：1dB； 阻帶最小衰減量：20dB。
（2）確定電路參數(shù)： 電路阻抗：Zc=50Ω 通帶上限截止頻率：fP2=120 KHz 通帶下限截止頻率：fP1=80KHz 阻帶上限截止頻率：fS2=200 KHz 阻帶下限截止頻率：fS1=40 KHz 通帶最大衰減量：AP=1dB 阻帶最小衰減量：AS=20dB
g1 | g2 | g3 |
2.216 | 1.0883 | 2.216 |
元件標(biāo)號(hào) | Cp1（pF） | Lp2（μH） | Cp3（pF） |
元件值 | 179.6 | 398.1 | 79.6 |
元件標(biāo)號(hào) | C1（nF） | L1（μH） | C2（nF） | L2（μH） | C3（nF） | L3（μH） |
元件值 | 79.6 | 33.5 | 6.6 | 398.6 | 79.6 | 33.5 |
接近了，由于在仿真軟件中電阻箱的調(diào)整的最小值是百分之 2，所以這個(gè)振蕩頻率很難調(diào)， 相信在實(shí)際的電路上，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器，振蕩的頻率的精度會(huì)進(jìn)一步的提高。
上圖是射頻所要求的 100khz 的正弦信號(hào)的仿真圖，從圖上可以看出經(jīng)過不懈的 調(diào)試，最終把振蕩頻率穩(wěn)定在了正好 100khz 上。
分析：仿真時(shí)遇到了麻煩，一開始是輸出信號(hào)的幅度值增加，也就是說該濾波器 是有增益的，但是我設(shè)計(jì)的是無源濾波器，所以上網(wǎng)查資料知道，仿真結(jié)果不正確是因?yàn)殡姼袑?shí)際上不是理想的，所以需要在電感后面串聯(lián)一個(gè)電阻，經(jīng)過嘗試發(fā)現(xiàn)串聯(lián)電阻確實(shí)是可行的（實(shí)際電路上不需要加上），所以上面的仿真結(jié)果是 在每個(gè)電感的后面加上 10 歐姆的電阻得到的。從仿真的結(jié)果可以看出該濾波器 當(dāng)濾波的信號(hào)是 10khz 時(shí)可以很好地濾波，輸出信號(hào)有略微的衰減。當(dāng)頻率是
圖 3.2.5 是輸入為頻率為 100khz 正弦信號(hào)得到的結(jié)果，由圖可知濾波效果很好如 果輸入的是 150khz 或 50khz 的信號(hào)將會(huì)發(fā)現(xiàn)輸出的信號(hào)的幅度在 20mv 左右， 完全可以認(rèn)為沒有信號(hào)濾除的比較完整。從仿真的結(jié)果來看該濾波器完好的實(shí)現(xiàn) 了帶通濾波器的功能。
該原理圖中電感上都串了一個(gè)電阻（電阻的阻值是根據(jù)電感選擇的），這是為了仿真，在實(shí) 際的電路中是不需要的，原因在低通部分已經(jīng)進(jìn)行了說明。
如果輸入的是 800khz 的信號(hào)將會(huì)發(fā)現(xiàn)輸出的信號(hào)的幅度很小，完全可以認(rèn)為沒 有信號(hào)濾除的比較完整。從仿真的結(jié)果來看該濾波器完好的實(shí)現(xiàn)了高通濾波器的 功能。
類型 | 型號(hào) | 規(guī)格 | 封裝 | 數(shù)量 | |
運(yùn)算放大器 | LM324N | / | DIP14 | 2 | |
高頻三極管 | 9018 | / | TO-92A | 1 | |
電阻 | 金屬膜電阻 | 470 | AXIAL0.3 | 1 | |
1 k | 5 | ||||
47 | 1 | ||||
2 k | 1 | ||||
6.8 k | 1 | ||||||
二極管 | 1N4148 | / | 4 | ||||
發(fā)光二極管 | / | RADO.1 | 5 | ||||
接上表 11 | |||||||
電位器 | 細(xì)調(diào) | 100K | TO-220 | 2 | |||
10K | 5 | ||||||
粗調(diào)，雙聯(lián) | 10K | 自制 | 1 | ||||
電容 | 瓷片電容 | 1 nF | RADO.1 | 3 | |||
10 nF | 1 | ||||||
470 pF | 1 | ||||||
220 pF | 1 | ||||||
4.7 nF | 2 | ||||||
0.1 F | 5 | ||||||
電解電容 | 10 F | 5 | |||||
可調(diào)電容 | 40 pF | RADO.2 | 1 | ||||
電感 | 色環(huán)電感 | 220 H | RADO.1 | 1 | |||
330 H | 1 | ||||||
類型 | 型號(hào) | 規(guī)格 | 封裝 | 數(shù)量 | |||
電阻 | 金屬膜電阻 | 47 | AXIAL0.3 | 1 | |||
10 k | 2 | ||||||
電容 | 瓷片電容 | 100 nF | RADO.1 | 2 | |||
10 nF | 2 | ||||||
22 nF | 2 | ||||||
14 nF | 14 | ||||||
電解電容 | 100 F | 7 | |||||
22 F | 6 | ||||||
電感 | 色環(huán)電感 | 22 H | RADO.1 | 4 | |||
10 H | 2 | ||||||
330 H | 1 | ||||||
47 H | 1 | ||||||
測試時(shí)間 | 2016 年 8 月 16 日 | |
測試地點(diǎn) | 安徽大學(xué) 篤行北樓 A518 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室 | |
測試環(huán)境 | 溫度：29℃，濕度：45% | |
測試儀器 | GDS-3152 | 150MHz，2.5Gsps 數(shù)字存儲(chǔ)示波器 |
AFG-3081 | 80MHz 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 | |
GPD-3303D | 直流穩(wěn)壓電源 | |
測試方法 | 使用直流穩(wěn)壓電源供給電路所需電壓，使用示波器觀察信號(hào)時(shí)域 波形及頻譜，使用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作為濾波器的輸入信號(hào)。 | |
5.1.1 失真現(xiàn)象 振蕩器在調(diào)試過程中出現(xiàn)了很多失真現(xiàn)象。所幸經(jīng)分析調(diào)整后均得到了解
（1） 不起振 現(xiàn)象：無波形輸出。 分析：直流電位點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)/焊接有誤。
（2） 波形某個(gè)半周或整體出現(xiàn)失真 現(xiàn)象：波形的某個(gè)半周斜率變得平坦或其他失真。 分析：反饋電位器調(diào)整不當(dāng)/阻尼電阻選取不當(dāng)。
（1） 削波失真 現(xiàn)象：輸出波形類似方波或者上下波形變平，且幅度很大，接近電源電壓。 分析：反饋過大。
（2） 毛刺失真（平坦交越失真） 現(xiàn)象：波形在過零點(diǎn)處出現(xiàn)較大毛刺，或者波形在過零點(diǎn)處變得平坦。 分析：此為 LM324 自身因素造成的失真。 解決方法：振蕩器輸出端（初級(jí)輸出端）接 470~1KΩ 的電阻至負(fù)電源。
（3） 陡峭交越失真 現(xiàn)象：波形在過零點(diǎn)處出現(xiàn)突變，斜率很大。 分析：反饋通路中二極管死區(qū)電壓造成 解決方法：微調(diào) 20K 電位器即可。
現(xiàn)象：無波形輸出/振蕩幅度不穩(wěn)定且過一段時(shí)間停振。 分析：反饋程度不足。 解決方法：首先檢查焊接有無問題，是否有虛焊或短路情況。檢查無誤后按照調(diào) 試方法重新調(diào)整。必要時(shí)可適當(dāng)微調(diào) 50K 電位器。
先不焊接 20K 的電位器，把其他元器件焊接完成后，調(diào)節(jié) 50K 的反饋電位器 和雙聯(lián)電位器使其產(chǎn)生 10KHz/100KHz 左右的振蕩且盡量不產(chǎn)生削波失真，然后 再焊接 20K 的電位器，微調(diào)使其在過零點(diǎn)處盡量不產(chǎn)生陡峭交越失真。最后整體
由示波器結(jié)果可見，時(shí)域波形無明顯失真。頻率在 10KHz 附近且可調(diào)，輸出 信號(hào)峰峰值幅度在 3.68Vpp 左右。符合設(shè)計(jì)要求。
之為 5V。此時(shí)應(yīng)可產(chǎn)生振蕩波形。在微調(diào) 1K 電位器使輸出波形盡量不失真。最 后微調(diào) 40p 的可調(diào)電容，將頻率調(diào)整為 1MHz。若實(shí)測頻率相差較大，可考慮更 換電感或在電感兩側(cè)并聯(lián)焊接更大電容。
由示波器結(jié)果可見，時(shí)域波形無明顯失真。頻率在 1MHz 附近且可調(diào)，輸出 信號(hào)幅度峰峰值在 2.34Vpp 左右，符合設(shè)計(jì)要求。
由于濾波器的特性阻抗按照 50Ω設(shè)置，故測試時(shí)須將源端阻抗（信號(hào)源） 和負(fù)載阻抗（示波器）均設(shè)置為 50Ω。輸出電壓均設(shè)置為 1Vpp。
通過調(diào)整信號(hào)源輸出頻率至 3dB 衰減點(diǎn)，即 0.707 倍。可得低通濾波器 的 3dB 衰減頻率點(diǎn)約為 850KHz，低于 1MHz，符合設(shè)計(jì)要求。
由上圖可以看出，帶通濾波器在 100KHZ 處衰減至原信號(hào)峰峰值的 1/3 處， 符合設(shè)計(jì)要求。
按以往，該課設(shè)都是安排在學(xué)期末開始準(zhǔn)備，當(dāng)然那時(shí)候由于要準(zhǔn)備期末考 試，所以就沒有時(shí)間來做這個(gè)射頻實(shí)訓(xùn)。而今年有了小學(xué)期，除了實(shí)習(xí)之外，留 給我們做射頻額時(shí)間還是比較充分的。這次的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容也都是對之前學(xué)習(xí)的理論 知識(shí)的一個(gè)應(yīng)用，對于理論知識(shí)，雖說理論就是那樣的，但是感覺讓人摸不著看 不著，通過這次實(shí)訓(xùn)，使得我們對理論知識(shí)掌握的更加深刻，理論應(yīng)用于實(shí)踐，
手，因?yàn)槲覀兘M有比較厲害的，所以就跟著他們一起學(xué)習(xí)，小組是分模塊完成的， 遇到問題大家一起解決，大家一起分工協(xié)作，使得這次射頻才完成的很順利。通 過這次實(shí)訓(xùn)，加強(qiáng)了自己對理論知識(shí)的掌握，同時(shí)也鍛煉了動(dòng)手能力。而且也體 會(huì)到了一個(gè)團(tuán)隊(duì)的力量，大家一起努力才會(huì)做的更好。
這次的實(shí)訓(xùn)，組長貢獻(xiàn)的較多，很感謝他那么有耐心的帶著我們，同時(shí)也感 謝許老師和常老師為我們提供了這次機(jī)會(huì)！
| 歡迎光臨 (http://www.torrancerestoration.com/bbs/) | Powered by Discuz! X3.1 |