Фильтр нижних частот для ШИМ-сигнала 20 кГц

Я хочу почувствовать$20\mathrm{kHz}$ШИМ-сигнал с электронной платы. Я хочу прочитать этот сигнал с помощью функции «analogRead (A0)» на моей плате Arduino. Поэтому я сделал ФНЧ 1-го порядка, который состоит из резистора, конденсатора и буфера операционного усилителя.

Сначала я произвел$20\mathrm{kHz}$ШИМ-сигнал с контакта D9 моего Arduino. Рабочий цикл ШИМ-сигнала затухает с$0\mathrm{\%}$и$100\mathrm{\%}$непрерывно. Код генерации ШИМ:

pwmWrite(led, brightness);
brightness = brightness + fadeAmount;
if (brightness == 0 || brightness == 255) {
    fadeAmount = -fadeAmount ; 
}   

По моим расчетам, для$20\mathrm{kHz}$фильтр нижних частот, резистор должен быть$82\mathrm{k\Omega}$и конденсатор$100\mathrm{pF}$.

Но я использовал$68\mathrm{k\Omega}$резистор, потому что нет$82\mathrm{k\Omega}$. При этом частота среза ФНЧ настраивается.$23\mathrm{kHz}$. Я читаю этот сигнал с вывода A0 с помощью аналогового чтения и выборки АЦП. Код чтения:

int c;
long a;
for(c=0;c <32;c++) {
    pwm_deger=analogRead(A0);
    a += pwm_deger;
}

int f = a / 32;
Serial.println("pwm_deger:");
Serial.println(f);
delay(200);

Я добавил результаты ниже. Цифры масштабируются в диапазоне 0-1023 (значение АЦП Arduino).

• На рис. 1 показано$20\mathrm{kHz}$Сигнал ШИМ, который я хочу проверить, с затуханием сигнала$0\mathrm{\%}$к$100\mathrm{\%}$рабочий цикл с$200\mathrm{ms}$.

• На рис. 2 показан сигнал ФНЧ без буфера.

• На рис. 3 показан сигнал ФНЧ с выхода буфера операционного усилителя.

Есть ли проблемы с цифрами? Почему на рисунке 2 показано значение 0,7 из 1023 и срезание после значения АЦП 700. Это из-за операционного усилителя?

Рисунок 1

Фигура 2:

Рисунок 3: