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已知一个正弦电压信号,幅值为5V,频率为1kHz,现需要获得该正弦波的3倍频率、幅度相同的正弦波,试设计该电路,给出设计过程,并确定电路参数。
1. 设计思路:因为方波中含有丰富的谐波分量,可以利用电压比较器将题中所给的正弦信号转化为方波,因为方波中含有丰富的谐波分量,再利用二阶带通滤波器筛选出3khz的谐波分量,因为考虑到滤波器输出电压幅值过大,最后使用反相放大器调节电压幅值使其满足题目要求。
2.电路设计图
3. 参数确定:
在滤波器输出信号之后,用pspice的cursor工具观察可得输出信号幅值在45v左右
4. 仿真结果:
其中,绿色为电压比较器输出波形,红色为滤波器输出波形,蓝色为最终输出信号,由图可知,符合要求。
接下来观察滤波器的选频特性:
在Fourier图中观察信号的波形,二阶有源带通滤波器对除3khz以外的信号均有很好的抑制作用,在中心频率3khz上有显著放大作用
5. 电路设计缺点:
第二级的工作电压为50v,功率消耗大,改进方法是将第三级反相放大器与滤波器互换位置,可以有效降低滤波器输出信号的幅度,从而降低工作电压,减小功耗,我已经试过这种改进,基本可行,在这里不再展示。
6. 问题总结
1.仿真初期在环境配置上浪费了大量时间,原因主要出在未包含库文件,软件一直报错使用的运放未定义,如下图:
解决方法:将三极管模型库的lib文件添加到仿真中,如下图:
2.在最初设计电路之中,因为带通滤波器的选频特性不好,采用了带通滤波器和二阶高通滤波器改善选频特性,但在仿真过程中遇到如下报错:
经过咨询老师得知是仿真软件版本限制,一个电路图的节点上限是75个,最后又考虑到输出幅值不满足5v的要求,最终简化电路,改变参数使带通滤波器满足选频特性,得到最终的设计版本。