滤除50Hz工频干扰的滤波电路设计

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1、第１４卷第１期辽宁师专学报Ｖｏｌ．１４Ｎｏ．１２０１２年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉａｏｎｉｎｇＴｅａｃｈｅｒｓＣｏｌｌｅｇｅＭａｒ．２０１２【应用研究】滤除５０Ｈｚ工频干扰的滤波电路设计鲁连钢（铁岭师专，辽宁铁岭１１２０００）摘要：结合目前低频电子设备普遍存在受５０Ｈｚ工频干扰的现状，通过对滤波电路的深入研究，借助电路仿真工具，研究并设计一种能够有效滤除５０Ｈｚ工频及其二次谐波的可调Ｑ值双Ｔ有源带阻滤波电路．该电路具有良好的滤波、放大、反馈、调节功能，在低频信号信息处理、数据传输、抑制干扰

2、等方面都可以得到广泛应用．关键词：滤波电路；５０Ｈｚ工频干扰；可调有源带阻滤波；仿真分析中图分类号：ＴＮ７１３文献标识码：Ａ文章编号：１００８－５６８８（２０１２）０１－００９０－０３我国供配电统一使用５０Ｈｚ频率的交流电，在对电信号进行采集处理和分析时，无法避免５０Ｈｚ工频信号的干扰，本文所设计的电路，其目的在于滤除５０Ｈｚ工频及其谐波产生的干扰，提高所测量电信号的精度．１滤波电路对信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它能使某特定频率范围内的信号通过，阻止此频率范围以外的信号通过．根据通带频率的不同可分为低通（ＬＰＦ）、高通（ＨＰＦ）、带通（ＢＰＦ）与带阻（ＢＥＦ）四种滤波电路，根

3、据滤波电路中有无有源元件又可以分为有源滤波器和无源滤波器．无源滤波是通过电感和电容的匹配而对某次谐波电流构成一个低阻态通路，无源滤波成本低、运行稳定，但是谐波滤除率一般只有８０％；有源滤波能有效抵消系统谐波，对于小功率低频信号，有源滤波比无源滤波电路整体性能更好、滤［１］除谐波功能更强．２有源带阻滤波电路带阻滤波器是指在某一频带内信号受到很大衰减或抑制导制几乎不能通过，而在其余频率范围信号则能顺利通过的电路结构，主要用于消除某些无用信号，以减小对有用信号的干［２］扰．在电阻、电容构成的双Ｔ滤波网络后添加一级同相比例运算电路，即构成基本的二阶有源带阻滤波电路，如图１所示．其中Ｒ１、Ｒ２、Ｃ

4、３和Ｃ１、Ｃ２、Ｒ３构成双Ｔ选频网络，运算放大器Ｕ１具有放大和反馈作用．在双Ｔ选频网络中，电阻Ｒ１、Ｒ２的阻值相同，均为Ｒ，电容Ｃ１、Ｃ２的容量相同，均为Ｃ，二者之间的电阻Ｒ３的阻值为Ｒ／２，电阻Ｒ１、Ｒ２之间的电容Ｃ３的容量１［３］为２Ｃ．带阻滤波器的中心频率ｆ０＝，当ｆ＝ｆ０时，增益为零，显示出带阻特性．其幅频特性如２πＲＣ图２所示，由图中幅频特性曲线可见：５０Ｈｚ的信号被滤除，即阻带的中心频率为５０Ｈｚ，阻带的带宽约为１８Ｈｚ，阻带带宽值较大，带阻特性不是很好．３滤除５０Ｈｚ工频干扰的滤波电路设计滤除５０Ｈｚ工频干扰的滤波电路设计，采用具有滤波、放大、反馈、调节功能的可调Ｑ值双Ｔ有

5、源带阻滤波电路，在有源带阻滤波电路基础上，又增加了具有反馈功能的运算放大器Ｕ２和具有调节功能的电位器收稿日期：２０１１—１２—２０作者简介：鲁连钢（１９５９－），男，辽宁铁岭市人，高级讲师，主要从事物理学研究．鲁连钢滤除５０Ｈｚ工频干扰的滤波电路设计９１ＲＷ．其中，电位器ＲＷ具有调节电路的品质因数Ｑ的作用，Ｑ值越大，阻带宽度越窄，选频特性越好．滤除５０Ｈｚ工频干扰的滤波电路如图３所示，针对５０Ｈｚ工频及其二次谐波，设计了两个窄带阻带中心频率，分别为５０Ｈｚ和１００Ｈｚ的独立可调Ｑ值双Ｔ有源带阻滤波电路，把二者先后串接即构成具有滤除５０Ｈｚ工频干扰作用的带阻滤波电路．在５０Ｈｚ带阻滤波电路

6、设计中，令Ｃ１＝Ｃ２＝０．０１μＦ，则Ｒ１＝Ｒ２≈３１８．４ｋΩ，Ｃ３＝０．０２μＦ，Ｒ３≈１５９．２ｋΩ．在１００Ｈｚ带阻滤波电路设计中，令Ｃ４＝Ｃ５＝０．０２μＦ，则Ｒ５＝Ｒ６≈７９．６ｋΩ，Ｃ６＝０．０４μＦ，Ｒ７≈３９．８ｋΩ．调整电位器ＲＷ１、ＲＷ２，使阻带中心频率分别在５０Ｈｚ及１００Ｈｚ处，并且阻带带宽在２Ｈｚ以内，以达到在输出电压ＶＯ中完全滤除５０Ｈｚ工频信号及其二次谐波干扰的目的．４电路仿真分析在图３所示电路中，节点１处同时输入电压为６Ｖ，频率分别为１０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚ的正弦波信号，三个信号叠加在一起构成输入信号ＶＩ，在节点２处输出信号ＶＯ．利用Ｍｕｌｔｉｓｉ

7、ｍ电路仿真软件对输［４］入、输出信号进行瞬态仿真分析，研究阻带特性；利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真软件中的交流特性，分析研究滤除５０Ｈｚ工频干扰的带阻滤波电路幅频特性．输入、输出信号瞬态仿真分析Ｖ－ｔ图如图４所示，在图中流过节点１（即＄１）的输入信号ＶＩ的波形用细线表示，流过节点２（即＄２）的输出信号ＶＯ的波形用粗线表示．输入、输出信号瞬态特性分析数据如图５所示，在输出信号一个周期始、末位置处设置标尺１、标尺２．该位置处输入、输出信号数据