在滤波器部分，考虑到实验室器材和目前电子市场上材料以及制作调试的难易 程度，宜使用无源 LC 滤波器。在通带内巴特沃斯滤波器式无衰减的，而切比雪 夫滤波器则最大有 APdB 的衰减。在阻带内，切比雪夫滤波器较同阶的巴特沃斯 滤波器有较大的衰减量。因而低通和高通滤波器采用巴特沃斯 LC 滤波器，带通 滤波器采用切比雪夫 LC 滤波器。
方案一：采用 RC 移相电路。使用 RC 电路作为移相网络的振荡器统称为 RC 正弦波振荡器，主要工作在几十千赫以下的低频段。采用的移相电路有 RC 倒前移相电路，RC 滞后移相电路。由于 RC 移相电路的选频特性不理想，因而 它的输出波形失真大，频稳度低，只能用在性能不高的设备中。串并联选频电路 的输出端接在运算放大器的同相端，利用两个反向并联二极管（温度稳定性好），保证输出波形正负半周对称。通过改变 RC 的参数来改变输出频率。
方案二：采用 LC 电容三点式振荡电路。电容三端振荡器的优点是输出波形 较好，这是因为集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射 机，所以高次谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减少，波更加接近于正弦波。其 次，该电路中的不稳定电容与电路为并联，适当增大回路电容量，就可以减少不 稳定因素对振荡器的影响，从而提高了频率稳定度。故适用于较高的工作频率。
综上，低频部分可使用通用运放+文氏电桥实现，中频部分可使用高带宽运放+文氏电桥实现，高频部分采用 LC 振荡器实现。滤波器的用途是抑制无用信号，而使有用信号顺利通过。滤波器种类繁多， 按构成的元器件，可分为无源滤波器和有源滤波器（含运放）两种；按处理的对 象，可分为模拟滤波器和数字滤波器；按滤波器原型的频率响应，可分为巴特沃 斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆型滤波器等。根据本课设所要求的通带阻带范 围不同，分别需要设计低通、高通、带通滤波器。
方案一：采用巴特沃斯滤波器。巴特沃斯滤波器的阶数 n 取决于阻带的截止 频率ωS（ωS>ωP）所对应的最小衰减 AS 和通带的截止频率ωP 对应的衰减 AP。 n 越大，通带内幅度减小得越慢，也就是通带内特性越平坦。
方案二：采用切比雪夫滤波器。切比雪夫滤波器的阶数由规定在某一频率ω S（ωS>ωP）上，衰减量不得小于 AS 来确定。给定通带波纹值后，就可 以得到 即通带内幅度波动的程度。
APdB 的衰减。在阻带内，切比雪夫滤波器较同阶的巴特沃斯滤波器有较大的衰 减量。实际上，除要求通带平坦外，大多允许通带有少量的衰减而采用切比雪夫 滤波器，以获得较大的衰减量或减少电路的阶数。
综上，考虑到实验室器材和目前电子市场上材料以及制作调试的难易程度， 宜使用无源 LC 滤波器。在设计中考虑到巴特沃斯滤波器通频带内外都有平稳的 幅频特性，因而低通和高通滤波器采用巴特沃斯 LC 滤波器，带通滤波器采用切 比雪夫 LC 滤波器。
支路，同时兼作选频网络，RW 及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电 位器 RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个 反向并联二极管 D1、D2 正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2 采用硅管
（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R1 的接入是为了削弱二极管非线性的影响，用于矫正二极管死区造成的陡峭交越失 真。振荡器初级输出端串接 470Ω 至负电源，以矫正 LM324 自身特性造成的平 坦交越失真和“毛刺现象”。输出端用 LM324N 多余的运放构成电压跟随器，可 以提供带负载能力并降低负载效应。
2. 振荡器初级输出端串接 470Ω 至负电源，以矫正 LM324 自身特性造成的平 坦交越失真和
5. 输出端用 324 多余的运放构成电压跟随器，可以提供带负载能力并降低负载 效应。
在本设计中拟采用并联改进型的西勒电路振荡器。具体电路如下图3所示基 极偏置采用电阻分压偏置，通过调整Rb1电位器达到最佳状态。 射极采用Re1和Re2 串联作为反馈电阻。其中Re1为直流反馈电阻，Re2对交流和直流均有反馈作用。 目的是改善振荡器的稳定性。LC 当作高频扼流圈使用。R 为阻尼电阻，目的是
电路阻抗：Zc=50Ω，满足f<=10KHz 的信号可通过； 通带最大衰减量：3dB；
（2）确定电路参数： 电路阻抗：Zc=50Ω； 通带截止频率：fP＝15 KHz； 阻带截止频率：fS＝25KHz； 通带最大衰减量：AP=3dB； 阻带最小衰减量：AS=20dB；
元件标号 | C1（nF） | L2（μH） | C3（nF） | L4（μH） | C5（nF） |
元件值 | 131.1 | 858.4 | 424.4 | 858.4 | 131.1 |
此处 5 个值是由理论计算得来，在计算时，保留了一些余量。因为理论计 算出来的电感与电容值与实际使用的不一定相符合，因而在选择电感以及电容 时，可能会由多个电感以及电容并串得来，与理论值有些许误差，但所得的结 果在允许范围内。但亦可采用可调电容或电感，调整电路接入值，使得电路能 够更精确的达到所设计的要求。此处，为设计方便，直接利用实验室现有的原 材料来设计此低通滤波器。
电路阻抗：Zc=50Ω，f0=100KHz 的信号可通过； 通带最大衰减量：1dB； 阻带最小衰减量：20dB。
（2）确定电路参数： 电路阻抗：Zc=50Ω 通带上限截止频率：fP2=120 KHz 通带下限截止频率：fP1=80KHz 阻带上限截止频率：fS2=200 KHz 阻带下限截止频率：fS1=40 KHz 通带最大衰减量：AP=1dB 阻带最小衰减量：AS=20dB
g1 | g2 | g3 |
2.216 | 1.0883 | 2.216 |
元件标号 | Cp1（pF） | Lp2（μH） | Cp3（pF） |
元件值 | 179.6 | 398.1 | 79.6 |
由低通原型实际元件值根据转换对照表 5，计算出带通原型实际元件值， 并用带通原型转换电路取代低通原型电路元件，以完成带通电路结构。其转换公式如下：
元件标号 | 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 |
电路阻抗：Zc=50Ω，f0=100KHz 的信号可通过； 通带最大衰减量：1dB； 阻带最小衰减量：20dB。
（2）确定电路参数： 电路阻抗：Zc=50Ω 通带上限截止频率：fP2=120 KHz 通带下限截止频率：fP1=80KHz 阻带上限截止频率：fS2=200 KHz 阻带下限截止频率：fS1=40 KHz 通带最大衰减量：AP=1dB 阻带最小衰减量：AS=20dB
g1 | g2 | g3 |
2.216 | 1.0883 | 2.216 |
元件标号 | Cp1（pF） | Lp2（μH） | Cp3（pF） |
元件值 | 179.6 | 398.1 | 79.6 |
元件标号 | 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，由于在仿真软件中电阻箱的调整的最小值是百分之 2，所以这个振荡频率很难调， 相信在实际的电路上，通过手动调节电位器，振荡的频率的精度会进一步的提高。
上图是射频所要求的 100khz 的正弦信号的仿真图，从图上可以看出经过不懈的 调试，最终把振荡频率稳定在了正好 100khz 上。
分析：仿真时遇到了麻烦，一开始是输出信号的幅度值增加，也就是说该滤波器 是有增益的，但是我设计的是无源滤波器，所以上网查资料知道，仿真结果不正确是因为电感实际上不是理想的，所以需要在电感后面串联一个电阻，经过尝试发现串联电阻确实是可行的（实际电路上不需要加上），所以上面的仿真结果是 在每个电感的后面加上 10 欧姆的电阻得到的。从仿真的结果可以看出该滤波器 当滤波的信号是 10khz 时可以很好地滤波，输出信号有略微的衰减。当频率是
图 3.2.5 是输入为频率为 100khz 正弦信号得到的结果，由图可知滤波效果很好如 果输入的是 150khz 或 50khz 的信号将会发现输出的信号的幅度在 20mv 左右， 完全可以认为没有信号滤除的比较完整。从仿真的结果来看该滤波器完好的实现 了带通滤波器的功能。
该原理图中电感上都串了一个电阻（电阻的阻值是根据电感选择的），这是为了仿真，在实 际的电路中是不需要的，原因在低通部分已经进行了说明。
如果输入的是 800khz 的信号将会发现输出的信号的幅度很小，完全可以认为没 有信号滤除的比较完整。从仿真的结果来看该滤波器完好的实现了高通滤波器的 功能。
类型 | 型号 | 规格 | 封装 | 数量 | |
运算放大器 | LM324N | / | DIP14 | 2 | |
高频三极管 | 9018 | / | TO-92A | 1 | |
电阻 | 金属膜电阻 | 470 | AXIAL0.3 | 1 | |
1 k | 5 | ||||
47 | 1 | ||||
2 k | 1 | ||||
6.8 k | 1 | ||||||
二极管 | 1N4148 | / | 4 | ||||
发光二极管 | / | RADO.1 | 5 | ||||
接上表 11 | |||||||
电位器 | 细调 | 100K | TO-220 | 2 | |||
10K | 5 | ||||||
粗调，双联 | 10K | 自制 | 1 | ||||
电容 | 瓷片电容 | 1 nF | RADO.1 | 3 | |||
10 nF | 1 | ||||||
470 pF | 1 | ||||||
220 pF | 1 | ||||||
4.7 nF | 2 | ||||||
0.1 F | 5 | ||||||
电解电容 | 10 F | 5 | |||||
可调电容 | 40 pF | RADO.2 | 1 | ||||
电感 | 色环电感 | 220 H | RADO.1 | 1 | |||
330 H | 1 | ||||||
类型 | 型号 | 规格 | 封装 | 数量 | |||
电阻 | 金属膜电阻 | 47 | AXIAL0.3 | 1 | |||
10 k | 2 | ||||||
电容 | 瓷片电容 | 100 nF | RADO.1 | 2 | |||
10 nF | 2 | ||||||
22 nF | 2 | ||||||
14 nF | 14 | ||||||
电解电容 | 100 F | 7 | |||||
22 F | 6 | ||||||
电感 | 色环电感 | 22 H | RADO.1 | 4 | |||
10 H | 2 | ||||||
330 H | 1 | ||||||
47 H | 1 | ||||||
测试时间 | 2016 年 8 月 16 日 | |
测试地点 | 安徽大学 笃行北楼 A518 创新实验室 | |
测试环境 | 温度：29℃，湿度：45% | |
测试仪器 | GDS-3152 | 150MHz，2.5Gsps 数字存储示波器 |
AFG-3081 | 80MHz 函数信号发生器 | |
GPD-3303D | 直流稳压电源 | |
测试方法 | 使用直流稳压电源供给电路所需电压，使用示波器观察信号时域 波形及频谱，使用函数信号发生器作为滤波器的输入信号。 | |
5.1.1 失真现象 振荡器在调试过程中出现了很多失真现象。所幸经分析调整后均得到了解
（1） 不起振 现象：无波形输出。 分析：直流电位点设置不当/焊接有误。
（2） 波形某个半周或整体出现失真 现象：波形的某个半周斜率变得平坦或其他失真。 分析：反馈电位器调整不当/阻尼电阻选取不当。
（1） 削波失真 现象：输出波形类似方波或者上下波形变平，且幅度很大，接近电源电压。 分析：反馈过大。
（2） 毛刺失真（平坦交越失真） 现象：波形在过零点处出现较大毛刺，或者波形在过零点处变得平坦。 分析：此为 LM324 自身因素造成的失真。 解决方法：振荡器输出端（初级输出端）接 470~1KΩ 的电阻至负电源。
（3） 陡峭交越失真 现象：波形在过零点处出现突变，斜率很大。 分析：反馈通路中二极管死区电压造成 解决方法：微调 20K 电位器即可。
现象：无波形输出/振荡幅度不稳定且过一段时间停振。 分析：反馈程度不足。 解决方法：首先检查焊接有无问题，是否有虚焊或短路情况。检查无误后按照调 试方法重新调整。必要时可适当微调 50K 电位器。
先不焊接 20K 的电位器，把其他元器件焊接完成后，调节 50K 的反馈电位器 和双联电位器使其产生 10KHz/100KHz 左右的振荡且尽量不产生削波失真，然后 再焊接 20K 的电位器，微调使其在过零点处尽量不产生陡峭交越失真。最后整体
由示波器结果可见，时域波形无明显失真。频率在 10KHz 附近且可调，输出 信号峰峰值幅度在 3.68Vpp 左右。符合设计要求。
之为 5V。此时应可产生振荡波形。在微调 1K 电位器使输出波形尽量不失真。最 后微调 40p 的可调电容，将频率调整为 1MHz。若实测频率相差较大，可考虑更 换电感或在电感两侧并联焊接更大电容。
由示波器结果可见，时域波形无明显失真。频率在 1MHz 附近且可调，输出 信号幅度峰峰值在 2.34Vpp 左右，符合设计要求。
由于滤波器的特性阻抗按照 50Ω设置，故测试时须将源端阻抗（信号源） 和负载阻抗（示波器）均设置为 50Ω。输出电压均设置为 1Vpp。
通过调整信号源输出频率至 3dB 衰减点，即 0.707 倍。可得低通滤波器 的 3dB 衰减频率点约为 850KHz，低于 1MHz，符合设计要求。
由上图可以看出，带通滤波器在 100KHZ 处衰减至原信号峰峰值的 1/3 处， 符合设计要求。
按以往，该课设都是安排在学期末开始准备，当然那时候由于要准备期末考 试，所以就没有时间来做这个射频实训。而今年有了小学期，除了实习之外，留 给我们做射频额时间还是比较充分的。这次的实训内容也都是对之前学习的理论 知识的一个应用，对于理论知识，虽说理论就是那样的，但是感觉让人摸不着看 不着，通过这次实训，使得我们对理论知识掌握的更加深刻，理论应用于实践，
手，因为我们组有比较厉害的，所以就跟着他们一起学习，小组是分模块完成的， 遇到问题大家一起解决，大家一起分工协作，使得这次射频才完成的很顺利。通 过这次实训，加强了自己对理论知识的掌握，同时也锻炼了动手能力。而且也体 会到了一个团队的力量，大家一起努力才会做的更好。
这次的实训，组长贡献的较多，很感谢他那么有耐心的带着我们，同时也感 谢许老师和常老师为我们提供了这次机会！
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