使用一个运放滤三次谐波 二阶有源带通滤波器的电路设计及波形效果

昨天调了3次谐波，因为只用一个运放，因此耗了不少功夫搜资料，特记此文，欢迎交流，互相学习！
调了半天发现波形总是让人十分难受，没有半点模样，后来发现竟然是因为记错了运放的输出脚和正反相脚，改正过来不到半天即调好了3、5、7次谐波
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输入源

方波=基波+奇次谐波，因此三次谐波从方波中滤掉基波和高次谐波即可

原理

Created with Raphaël 2.2.0 方波 调整带通滤波器 三次谐波（正弦）？ 结束 yes no

带通滤波器可以由高通滤波器和低通滤波器合成，按照数学的思想，两者相交就是带通；即
$$带通=低通\cap 高通$$

方法

有源滤波器有两种方法：无限增益多路反馈带通滤波器和压控电源带通滤波器

电路图

• 无限增益多路反馈带通滤波器【二阶有源】
  
• 压控电源带通滤波器【二阶有源】
  

  电容电阻选值方法

  查表归一法

使用这种方法，必须满足滤波器条件。
首先给定要求的截止频率fc，增益Kp；
然后按下述步骤设计：

• 先选择电容C1的标称值，电容C的初始值靠经验决定，通常以下面的数据作参考：

Fc	C（电容选值）
f c ≤ 100Hz	C = (10-0.1) μF
f c = (100-1000)Hz	C = (0.1-0.01) μF
f c = (1-10k)Hz	C = (0.01-0.001) μF
f c = (10-1000k)Hz	C = (1000-100)pF
f c ≥ 100kHz	C = (100-10)pF

• 所选择的电容C1的实际值，再按照下式计算电阻换标系数K
  $$K=100/(fc\ast C1).$$
  　 其中fc的单位为Hz；C1的单位为μF。
• 表中查出C相应的值和对应K = 1的电阻值
  
• 由于表中为参数K = 1时的电阻值，因此将R1~R3对应的电阻值*K就是需要的电阻值

  参考公式法

  参考一篇论文，引用一下，作者不要太感谢我
  参考：熊俊俏[1], 戴璐平[1], 刘海英[1]. 无限增益多路反馈带通滤波器的研究[J]. 电气电子教学学报, 2013, 35(3):84-86.

  工程

  效果

  输入方波10kHz，幅值10V， 使用无限增益多路反馈有源带通滤得，运放芯片是LM324，由于还有其他要求因此只能用一个运放，得到3次谐波频率29.8kHz，幅值2.56V
  又顺手调了五次、七次谐波
  
  由于吉布斯效应上图其实是有多个波形重叠的，以七次谐波为例
  没办法，1个运放太限制了，其他的波不可能滤的干净，也没有那么多时间去磨，只能是尽可能滤干净

  过程

• 电路不必细说，一向知道仿真不靠谱，所以根本没有考虑过仿真，再说了，仿真出的电路图那么难看，哪有直接画的直接【因为懒】
• 做电路前先考虑一下元器件的取值，因为我手里的我输入的方波为10kHz，那么它的3次谐波为30kHz,即使7次谐波也不过70kHz,选择101~102系列的合适
• 我手里的101~ 102系列的只有331和102，若选择331，那么R1~R3势必有点大，所以我选择了两个102电容，而且102电容也方便算啊……
• 关于选电阻，查表和上面那篇文献我都参考了，对于我想要的波形来说，大致R3>>R1>>R2【这里的>>仅限于10倍左右】
• 文献里内容大概是R3对频率幅值啥啥的都影响，而R1和R2的并联影响频率，再就是R2基本不影响增益，因此我选择了R3为504的滑阻，R1为104滑阻，R2为503滑阻，都是滑阻方便我调其他频率的波【不是因为懒】
• 注意：如果调不出来或者出很多乱七八糟的波形八成是电路连错了，要么是运放出入端口搞错了【博主坑在这里接近一天】，一定要仔细检查