低通滤波器疑问？
按照书上设计了一个二阶低通滤波器，在protues中进行仿真，截止频率大约为17.kHz，输入方波频率为10Hz，输出波形在跳变处却出现尖峰，这是为什么？请高手指点。怎么设计一个符合要求的滤波器！http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_49/ourdev_706627QFEGVA.jpg
仿真电路 (原文件名:QQ截图yuanlitu.jpg)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_49/ourdev_706628MQ0TV3.jpg
输出波形 (原文件名:QQ截图1.jpg) 你这个拓扑是二阶sallen-key型的低通滤波器，但是二阶低通滤波除了sallen-key和MFB两种拓扑，类型上是分为三种的，chebyshev、buttworth和bessel，这几种类型的低通滤波器其截止特性曲线和传输时延是不同的。对方波来说，其实是有很多频率的正弦波合成的（学过信号与系统里面的傅里叶变换就知道了），如果低通滤波器对各个频率的正弦波传输时延不一样，那么就会看到输出端的这种尖峰，方波的低通滤波器一般都用bessel滤波器，因为对各个频率时间延迟一样，所以滤波后就不会发生这种现象。具体的怎么构造bessel滤波器，其实拓扑是一样的，参数计算上不同的Q值就会形成不同类型滤波器，一般模电的书上都有。 楼主电路是典型的欠阻尼现象，表现为上冲和下冲。对照欠阻尼系统的圆角。
楼主的电路是典型的Sallen-Key二阶电路，大概计算了一下，系统的传输函数为
2*12075836251
H（S）=—————————————————
S^2+109890*S+12075836251
计算一下系统极点 -5.4945 + 9.5168i-5.4945 - 9.5168i，显然是一对共轭复数极点，正是这两个复数根导致了系统的欠阻尼振荡，要想消除振荡，需设计系统的特征方程，消除复数极点。二阶系统特征方程简单描述为aS^2+bS+c。当b^2-4ac<0时系统就出现了复数根，表现为振荡，b^2-4ac>0,系统上升会比较慢，出现圆角。只有b^2-4ac=0时，才刚刚好。当然具体电路中各个参数互相影响，很难刚好等于0，想办法将过冲或者圆角限制到一定范围就行了。
针对楼主的电路，可以尝试减小R3或者增加R4消除过冲。具体为什么？网上找找Sallen-Key电路的参数计算公式。
当然减小R3或者增加R4也带来了通带增益的降低，楼主电路的通带有6dB的通带增益。效果如下：待会传图 相同比例加大R1、R2而減少C1、C2 ,要留意OPA的輸出阻抗。 都高人呀，学习了。
只是楼主相同内容，发了两个帖子，不好吧 图片上传不上去，不知为什么，将R3=5K，通带增益大概2db，上冲下冲消失 晚上有空了，给你仿真了一下。楼主电路里R3=R4=20k这样在该滤波器在低频率下具有放大作用，f=0Hz时，通带增益为A0=1+R3/R4=2
计算交流增益为Au=A0/[(SRC)^2+(3-A0)SRC+1],参看你的电路,这里的R=R1=R2=9.1k，C=C1=C2=1nF.此滤波电路的截止频率为f=1/(2*pi*RC) pi是圆周率。计算出截止频率为17.4k。
在截止频率下的信号增益为Ap=A0/(3-A0)，由于品质因数定义为截止频率下的增益比上通带增益 即Q=Ap/A0，可以计算出此电路的Q值表达式为Q=1/(3-A0)。由于R3=R4 A0=2，所以此电路Q=1。
Q=1的情况下，该电路即为chebyshev滤波器，chebyshev型对各频率的信号延时不一样，所以才造成了尖峰的出现。
要想对方波滤波时不产生尖峰，需要使用bessel滤波器，该型滤波器Q值是0.56。由于Au表达式中分母的一次项系数（即3-A0）必须大于0以防止滤波器自激，所以A0必须小于3，要求R2<2R1。计算出A0=3-1/Q=1.214满足要求。于是导出R3=0.214R4，若R4=20k，那么R3=4.28k，取最接近的R3=4.3k。这样就构造了一个bessel滤波器了。下面是对应的电路和波形。 回复【6楼】Euriklxt
-----------------------------------------------------------------------
非常感谢，分析的很详细，收益了！
还有几点疑问，还请指教。
1、计算交流增益Au的作用是什么？为了防止滤波器自激，确定A0值吗？
2、“方波的低通滤波器一般都用bessel滤波器”，设计低通滤波器时要根据不同的信号波形吗？如果是正弦波，使用chebyshev或是bessel都可以吧？比如采集信号如下，应该设计什么样的低通滤波器呢？
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_49/ourdev_708439Z31G7F.png
信号波形 (原文件名:box.png) 回复【5楼】hellochen
-----------------------------------------------------------------------
修改后，效果不错。谢谢！
传输函数的计算好复杂哦 回复【4楼】reflecter
-----------------------------------------------------------------------
第一次没发上去，所以发了两次。以后会注意滴 回复【6楼】Euriklxt
-----------------------------------------------------------------------
如果使用跟随器,Q值就为0.5吧?这样对方波滤波可以吗 回复【7楼】leitiannet
-----------------------------------------------------------------------
1.计算Au是为了保证滤波器的传输函数的极点是实数，根据线性系统的稳定性判据（劳斯判据，可以查查自动控制原理这本书）得到的结论。你可以试着模拟一下，看看Au大于3的时候是什么情况，一般来说输出会是类似三角波的不稳定的振荡。实际上你可以用不带放大作用的Sallen-key滤波电路，去掉R4，R3短路就行了。后面要放大再接一级运放。
2.没错，设计滤波器不是万能的，虽然平时就四大类（低通，高通，带通和带阻），但还有有很多种拓扑结构，每种都是在不同信号下使用的，比如具有通带最大平坦特性的buttworth滤波器是使用得最多的，常见的类似正弦都用这种滤波器，类似三角波，方波用的较多的是bessel，例如心电图仪这种有很多是用的bessel滤波器。还有视频放大电路里面常见的有椭圆滤波器，这种我不懂，就不乱说了。滤波器设计完以后要看试验效果来确认的，理论只是指导和预测，模电是分布参数电路，其他影响的因素很多，没有试验光模拟是不行的。
对你图里的波形，可以用buttworth滤波器试验一下，根据你设计要求来确定截止频率。 看完一楼和二楼我震惊了，藏龙卧虎。 回复【13楼】Sullivan奥沙利文
看完一楼和二楼我震惊了，藏龙卧虎。
-----------------------------------------------------------------------
确实，看得出来Euriklxt， hellochen 的基本功很扎实 一楼是对问题的定性分析。让电路符合思维逻辑！！
二楼是对问题的定量计算。把电路上升到数学领域！！
都是高手，不错！！ 高品质的帖子，果断mark 路过学习一下。 很有营养的帖子 http://www.osgeo.cn/app/s4061
有在线计算了
页:
[1]