程控滤波器（D题） 可控放大器（I题）华中科技大学瞿安连关于的讨论1. 题目的知识范围2. 设计重点与方法3. 竞赛作品评述4. 几点感想程控滤波器（D题） 可控放大器（I题）关于的讨论1. 题目的知识范围信号放大模拟电路的核心和基础技术指标： 基本要求 ：（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV；（2）电压增益为40dB，增益10dB步进可调；（3）3dB通频带为100Hz40kHz；（4）放大器输出电压无明显失真。/电压增益误差不大于5%。 发挥部分 ：电压增益为60dB，通频带为100Hz100kHz。（ I题）涉及的基本知识放大器的基本技术指标：小信号放大、增益、带宽、非线性失真1. 题目的知识范围 滤波器对信号进行处理的基本方法之一放大器的延伸 技术指标： 基本要求 ：（1）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz20kHz 范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增 益不大于30dB, RL=1k。（2）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz20kHz 范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压 增益不大于30dB, RL=1k。（3）电压增益（仅D题）与截止频率的误差不大于10%。涉及的基本知识：高、低通滤波、截止频率、过渡带衰减、负载1. 题目的知识范围 滤波器对信号进行处理的基本方法之一放大器的延伸 技术指标： D题发挥部分 ：制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏1dB，-3dB 通带为50kHz，要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于 5dB，-3dB通带误差不大于5%。 I题发挥部分：（1）制作一个带通滤波器，中心频率50kHz，通频带10kHz，在40kHz 和60kHz频率处，要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于45dB。（2）上述带通滤波器中心频率可设置，设置范围40kHz60kHz，步 进为2kHz。（3）电压增益、截止频率误差均不大于5%。涉及的基本知识：滤波器通带、阻带特性1. 题目的知识范围D题发挥部分：制作一个简易幅频特性测试仪锦上添 花 涉及的基本知识：（？太广了！）信号检测、数字电路、微处理机、测量仪器 题目本身要求不清楚。 4天内不可能做好。 反而妨碍了对基本知识的掌握和灵活应用，应把基本 要求做精做活。 利用平时训练过的已有模块拼凑（虚、不是“设计” ） 高消费。 对基本训练的干扰（兴奋点的转移）。2. 设计重点与方法本题基本部分涉及程控放大、程控滤波，是模拟电路、数 字电路、微机接口等知识的综合应用。重点在放大电路和滤波器电路的设计，特别是滤波电路， 可能有多种实现方案。高增益放大电路容易出现自激、噪声过大，需要有较丰富 的干扰抑制的经验，必须在工艺上采取措施（布线、屏蔽 等），制作有一定难度。2. 设计重点与方法 放大器 1. 对增益带宽积进行估计决定电路的基本布局和使用的器件电压增益：100/1000倍（40/60dB）带宽40kHz/100kHz增益带宽积：4MHz/40MHz/100MHz2.放大器的输出动态范围决定电源电压输入振幅10mV的正弦电压，增益60dB，则输出动态范围为10V ，至少用12V电源。3.输入振幅10mV的正弦电压小信号放大 必须考虑电路的布线和屏蔽措施。解决方法：用单级高增益带宽积的运放不推荐利用 原理，采用多级增益带宽积较小的运放 （廉价）实现 推荐2. 设计重点与方法 滤波器 1.决定阶数过渡带特性 根据低通滤波器 “2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB ”和 高通滤波器 “0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB ” 2阶足矣。2.决定滤波器的结构类型 普通有源滤波器推荐 开关电容滤波器不推荐 只有D题发挥部分要求“四阶椭圆型低通滤波器 ”，其他对通带内外特 性没有要求，这是题目的缺憾。有人钻了空子，带内特性起伏很大。3.需要考虑负载RL=1k 输出电流大于10mA4.实现程控 根据滤波器的结构3. 竞赛作品评述放大器 1.采用AD603/AD605 DAC（当然至少需要2级，甚至有3 级的）不是好方案，大概训练时已有现成模块。2.采用AD620/IN128 仪表放大器不是平衡输入，没有必要，而且仪表放大器在带宽、 动态范围受限制，价格昂贵。3. 竞赛作品评述其实采用LF353、LF347做两级放大就可以做出满足指标 的放大器，如图(a)，但要注意接法：(a) 正确接法 (b) 不良接法 3. 竞赛作品评述 滤波器 1.采用开关电容滤波器MAX262、 MAX263 、 MAX264 、 MAX297 不是好方案，思路太受局限。当时把市场价抬高数倍 （200多元/片？）动态工作范围小于10V需要把信号电压放大又衰减然后再次放大。输出信号中模拟开关引起的尖峰干扰很难消除 2.采用继电器来切换电阻、电容，实现40种频率带宽 不可能很好实现，这么多元件，分布参数干扰了滤波 。 3.模拟开关不宜采用CD4051/2/3工作电压：015V，与运放电压、信号电压不匹配。74HC4051更不可用。应当用DG系列和MAX系列。3. 竞赛作品评述好方案在这里：一个电路可实现低通、高通、带通。3. 竞赛作品评述采用mDAC构成一阶低通滤波器的原理：瞿安连. 应用电子技术. 科学出版社，20033. 竞赛作品评述二阶低通滤波器电路：一篇小论文：用TLC7528实现 是TI公司的产品 性能指标完全相 同参数计算：3. 竞赛作品评述康华光主编的第五版电子技术基础模拟部分的第 9章给出了二阶低、高通滤波器的典型传递函数：两式中,c=1/(RC)为特征角频率，也是3dB载止角频率 ，而Q则称为等效品质因数。 更简单的程控二阶滤波器电路一片8403和一片四运放3. 竞赛作品评述椭圆滤波器的两个方案：有源：无源： （有个错误）3. 竞赛作品评述椭圆滤波器设计的参考文献： 1 D. E. 约翰逊. 有源滤波器精确设计手册. 电子出版社 2 M. S. 高西、 K. R. 莱克. 现代滤波器设计. 科学出版社.4. 几点感想1.警惕锦标主义（苗头？）源于竞赛与保研、职称、业绩 等利益的挂钩不如开始几届竞赛朴实：得奖成为唯一目的，一旦没有奖，就觉得工作没意思。 2.作品越来越豪华，设计脱离实际，只知道要用最好的芯片 ，不考虑实用和成本。 3.思维不开阔，缺乏创新性。只会将几个训练过的模块拼凑 起来，而不是真正的“设计”，同一学校内作品的相似性变 大。单一模式的训练禁锢了学生的思想，妨碍了创新精神 的发挥。建议加强“为什么这样做”的训练，而不是仅仅告 诉他们“怎样做”。最终的问题：我们的大学究竟要培养什么样的人？谢谢 ！Anlian QUHuazhong University of Science and Technology Institute of Biophysics and Biochemistry 2007. 7