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50Hz工频信号陷波器设计 50Hz工频信号陷波器设计 本文介绍一种基于运算放大器的工频信号陷波器的设计与制作，用以消除叠加在频率为1kHz 以上的测试信号中所包含的50Hz 工频信号。叙述内容包括工频信号陷波器的工作原理与设计思路，介绍了陷波器的参数计算及其选择，通过multisim 仿真，记录和分析了该陷波器的工作特性与陷波性能，论证了该陷波器的可行性。 此次设计的陷波器优点是：陷波性能良好，带宽较小，品质因数Q 可调，即滤波性能便于调整，电路线路简单，具有实际应用价值。缺点是：对于元器件的参数要求高，需要仔细调节。 第2章 设计原理概述及设计要求 2.1陷波器的基本原理及作用 陷波器也称带阻滤波器（窄带阻滤波器），它能在保证其他频率的信号不损失的情况下，有效的抑制输入信号中某一频率信息。所以当电路中需要滤除存在的某一特定频率的干扰信号时，就经常用到陷波器。 在我国采用的是50hz 频率的交流电，所以在平时需要对信号进行采集处理和分析时，常会存在50hz 的工频干扰，对我们的信号处理造成很大干扰，因此50Hz 陷波器在日常成产生活中被广泛应用，其技术已基本成熟。 工频陷波器不仅在通信领域里被大量应用，还在自动控制、雷达、声纳、人造卫星、仪器仪表测量及计算机技术等领域有着广泛的应用。 2.2设计要求 1：完成题目的理论设计模型； 2：完成电路的multisim 仿真； 3：完成一份设计说明书(其中包括理论设计的相关参数以及仿真结果); 4：提交一份电路原理图 第3章 基于运算放大器的工频信号陷波器设计 3.1理论分析 陷波器就是一种用作单一频率陷波的窄带阻滤波器，一般用带通滤波器和减法器电路组合起来实现。理想的带阻滤波器在其阻带内的增益为零。 带阻滤波器的频率特性如图3.1.1所示。滤波器的中心频率f 0和抑制带宽BW 之间的关系为： f 0f H - 图3.1.1带阻滤波器频率特性 陷波器的实现方法有很多，本次设计采用的是电路比较简单，易于实现的双T 型陷波器。双T 型带阻滤波器的主体包括三部分内容：选频部分、放大器部分、反馈部分。此陷波器具有良好的选频特性和比较高的Q 值。 基本电路原理图如图3.1.2所示 图3.1.2双T 型陷波器电路 图中，A 2用作放大器，其输出端作为整个电路的输出。A 1接成电压跟随器的形式。因为双T 网络只有在离中心频率较远时才能达到较好的衰减特性，因此滤波器的Q 值不高。加入电压跟随器是为了提高Q 值，此电路中，Q 值可以提高到50以上，调节R 1、R 2两个电阻的阻值，来控制陷波器的滤波特性，包括带阻滤波的频带宽度和Q 值的高低。 在图2中，U O =U C , Z C = ， U O 2= R 2R 1+R 2 R 2R 1+R 2 对节点A 列KCL 方程，得： (U i -U A )sC +(U O -U A )sC =2n (U 同样，对节点B 列KCL 方程，得： (U i -U B )n +(U O -U B )n =2sC (U B -K U O ) （2） 同样，对节点C 列KCL 方程，得： (U A -U O )sC =(U O -U B )n （3） 由式（1）、（2）、（3）可得到电路的传递函数为： H (s )= U o U i s C +n +4nsC -4nsC K 令s =j ω，ω0= 得：H (j ω)= ??1- ω? ???j ω?1- ω+ 4(1-K ?0??0??? ?j ω2 0?ω? 由带阻滤波器的标准形式：H ( R 2R 1+R 2 当ω=ω0时，H (j ω)≈1 当ω远大于ω0，或者ω远小于ω0时，增益接近1。 令H (ω)=0.707，可以求得： f H =f 02(1-K )? （7） f L =f 02(1-K )? （8） f 0f H -f L BW =f H -f L =4(1-K )f 0 （10） 因此，当 K ≈1时，Q 值极高，BW 接近于零，所以我们可以改变K 的 值来调节带宽，Q 值越大，带阻曲线越窄，限波效果约好，但是实际应用中Q 值不能无限大，如果Q 值过大，会引起电路的振荡，不稳定。 双T 陷波器的幅频特性如图3.1.3所示 图3.1.3 双T 陷波器的幅频特性 其中心频率f 0的计算公