問題描述：在一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)中，要設(shè)計(jì)一個(gè)陷波器，濾除音頻信號中的干擾。實(shí)驗(yàn)電路測試時(shí)，有些同學(xué)的功能正常，有些同學(xué)需要用手按著芯片才能有功能。神手一摸陷波器就好了，果真如此嗎？

關(guān)鍵詞：有源濾波器，陷波器，運(yùn)算放大器，RC網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，自激

材料：NE5532，直插電阻 2.7k 1.5k 1k，直插電容 10nF，10k歐電位器，F(xiàn)ilterPro軟件，硬木課堂平臺。

分析說明

下面從電路故障測試，原理分析，故障解決，以及故障產(chǎn)生的原因，手摸為什么會(huì)變好這幾個(gè)方面展開分析。最后給出調(diào)節(jié)技巧。

同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中思路很清楚，用FilterPro設(shè)計(jì)陷波器，然后在面包板上搭建電路，檢查后進(jìn)行測試。測試中出現(xiàn)有些同學(xué)的電路需要用手按著才能有功能。這個(gè)現(xiàn)象的直觀感受是要給芯片施加外力，所以同學(xué)推斷是芯片跟面包板接觸不良，需要神手恰到好處的一摸，電路就好了。

????????拿到故障電路實(shí)物后，開始進(jìn)行分析。首先用萬用表的歐姆檔，測量芯片管腳的插接電阻。接觸電阻0歐，不是接觸問題。然后將實(shí)物電路和FilterPro的設(shè)計(jì)電路對比檢查，電路的插接也是正常的。

????????上電用硬木課堂平臺進(jìn)行測試。發(fā)現(xiàn)在沒有輸入信號的情況下，陷波器會(huì)輸出幅度較大的信號，電路自激了。開啟電源，黃色AIN1測試輸入，藍(lán)色AIN2測試輸出。信號源是關(guān)閉?？梢钥吹?通道藍(lán)色輸出5.45Vpp的信號，頻率6.49kHz。

自激原因分析

????????陷波器使用的sallen key結(jié)構(gòu)。運(yùn)放輸出經(jīng)過RC網(wǎng)絡(luò)接入運(yùn)放正相輸入端。是有正反饋引入的。存在自激的可能。Sallen key濾波器的設(shè)計(jì)推導(dǎo)不在此處展開說明。從測試測量排除故障的角度，來分析電路。

????????先看一下陷波器中的RC網(wǎng)絡(luò)。圖中R1 R2和C3組成低通濾波。C1 C2和R3組成高通濾波。這樣兩個(gè)濾波器組合輸出，根據(jù)通帶頻點(diǎn)，可以組成帶阻濾波器。

????????實(shí)物電路中，將這個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)跟運(yùn)放斷開連接（將C3的一端接地，因?yàn)檫\(yùn)放輸出是電壓源，等效為接地），用硬木課堂平臺測試它的幅頻特性。HSS信號源提供掃頻信號給帶阻濾波器，AIN1測試HSS信號，AIN2測試帶阻濾波器的輸出?？梢钥闯鲞@個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)的陷波特性。

????????陷波的頻點(diǎn)是7KHz，自激頻點(diǎn)是6.49KHz，比較接近。但是陷波頻點(diǎn)是衰減，怎么會(huì)產(chǎn)生自激呢？這是因?yàn)檫\(yùn)放的輸出信號進(jìn)入RC網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)不同，需要換一下等效電路，再次掃頻看幅頻特性。

運(yùn)放輸出作為信號時(shí)，等效的幅頻特性電路

????????可以看到，按照運(yùn)放輸出信號的位置等效進(jìn)行掃頻，幅頻曲線是鼓包，在6.6KHz處最大，-6.03db。換算為線性單位是 0.5012倍。運(yùn)放電路同向放大器的增益為 1+ R5/R4。跟RC網(wǎng)絡(luò)一起的增益為

Gain = （1+ R5/R4）* 0.5012

????????當(dāng)這個(gè)增益等于1倍時(shí)，就處于臨界。大于1時(shí)就會(huì)自激。同學(xué)選擇的R5=R4為 1.5K，增益為1.0023，會(huì)出現(xiàn)自激。將R4串聯(lián)一個(gè)100歐，增加到1.6K。增益變?yōu)?0.9711 。將電路還原為陷波器結(jié)構(gòu)，再次測量電路，自激消除。陷波掃頻正常。

掃頻看陷波特性

????????設(shè)計(jì)軟件FilterPro為什么，會(huì)給出R5=R4這樣的計(jì)算結(jié)果呢？原來是因?yàn)橥瑢W(xué)在操作軟件時(shí)選擇了電阻誤差10%，導(dǎo)致軟件計(jì)算誤差擴(kuò)大，出現(xiàn)了R5=R4. 實(shí)際電路調(diào)試中采用這組參數(shù)，就會(huì)出現(xiàn)自激。所以理解電路的每個(gè)單元，有助于電路設(shè)計(jì)和調(diào)試。

將軟件中電阻誤差根據(jù)實(shí)際情況，選擇1%誤差。重新計(jì)算?？梢钥吹絉5小于R4了。

再次用新參數(shù)搭建電路掃頻，并細(xì)調(diào)電阻值。可以看到滿足6KHz的陷波要求。

????????在時(shí)域中測試一下陷波效果。用HSS發(fā)6KHz的干擾信號，S1發(fā)500Hz信號。信號源內(nèi)阻是50歐，所以可以將兩信號源輸出接一起進(jìn)行信號疊加，幅度減半。黃色AIN1觀察帶干擾的疊加信號。藍(lán)色AIN2觀察陷波后。

????????用HSS發(fā)6KHz的干擾信號，S1發(fā)20kHz信號。使用水平按鈕里的縮放功能，即可以看到信號的全部，又可以看到信號細(xì)節(jié)。黃色AIN1觀察帶干擾的疊加信號。藍(lán)色AIN2觀察陷波后。

為什么手摸可以消除自激

????????用手按壓芯片時(shí)，手指皮膚會(huì)接觸到芯片的管腳。手指皮膚是有電阻的，根據(jù)潮濕程度，出汗程度，電阻會(huì)有變化。實(shí)物電路中是會(huì)接觸到 1 2 3和4管腳。這樣引入電阻會(huì)改變增益，以及正反饋、負(fù)反饋的大小。所以有些神手可以一摸使電路看似能跑起來。

調(diào)節(jié)陷波器參數(shù)的技巧

????????這里要理解陷波器是由低通和高通濾波器組合而成。見前面的分析。調(diào)節(jié)陷波器就是要調(diào)節(jié)低通和高通的交叉點(diǎn)，并且調(diào)節(jié)R5和R4增益，使不自激。電位器可以調(diào)節(jié)電阻，比電容器好調(diào)節(jié)。所以調(diào)節(jié)RC中的電阻。

1.???? 軟件設(shè)計(jì)陷波器，并搭建電路。

2.???? 調(diào)節(jié)R5和R4使增益較小，確保在調(diào)節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)時(shí)不自激。因?yàn)檎{(diào)節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)后會(huì)改變RC網(wǎng)絡(luò)的衰減量。

3.???? 掃頻一次，看陷波頻點(diǎn)的偏移量。向低頻移動(dòng)陷波頻點(diǎn)：需要增大R3，增大R1和R2 。向高頻移動(dòng)陷波頻點(diǎn)：需要減小R3，減小R1和R2 。

4.???? 頻點(diǎn)對準(zhǔn)后，調(diào)節(jié)R5和R4，使增益逐漸增大，可以增加陷波器的陡峭程度。并注意穩(wěn)定性不自激。