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1、2007年第10期仪表技术·31·单电源低通滤波器的设计汪建敏,贺贵明(武汉大学电气工程学院,湖北武汉430072)摘要:在设计工频参数测量系统时,往往需要滤除电网中的谐波信号,以利于工频参数的测量。文章基于Multisim2001介绍了一种50Hz单电源低通滤波器的设计方法,并将它很好地应用到了具体的项目中。关键词:单电源;低通滤波器;Multisim2001中图分类号:TM930文献标识码:B文章编号:1006-2394(2007)10-0031-02DesignofSinglePowerSupp
2、lyLow2passFilterWANGJian2min,HEGui2ming(SchoolofElectricalEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430072,China)Abstract:Inthefrequencymeasurementsystem,itoftenrequirestoremoveharmonicsignalsoutofpowergridson2lytomakethemeasurementoffrequencyeasy.BasedonMultisi
3、m2001,amethodofdesignof50Hzsinglepowersupplylow2passfilterisintroducedinthispaper.Andithasbeenwellappliedinaspecificproject.Keywords:singlepowersupply;low2passfilter;Multisim2001目前,单电源设计的电路越来越多,单电源运算放大器采用一组正电源供电,但在交流系统中使用时,若用法不当则会出现负向截断失真,如图1虚线所示,这是因为单电
4、源运算放大器只能输出大于零的信号,为解决这一问题,可以在输入信号中加直流量,使它产生直流偏置,这样输出端也有一直流偏置电压输出。当有交流信号输入时,输出信号将在此直流电压上下变化,信号不会图2失真,如图1实线所示。图1R6v0=v0+v0=1+(vi+vi)=Av(vi+vi)(1)1单电源低通滤波器的设计R5图2为其电路图,由偏置电路和滤波电路组成。其中,vi,vi为直流和交流输入信号,v0,v0为直流和交1.1偏置电路设计流输出信号,Av为输入信号的放大倍数。本文设计的低通滤波器采用的是单电源双集
5、成运由图2知直流分压为:算放大器LM358,它的输出电压范围为0～(VCC-R21R1(2)vi=VCC=Vcc,其中K1=1.5)V,输出端静态偏置电压要按照这个范围来设定,R1+R21+K1R2并设滤波器输出电压偏置在v0值,使得以不产生失真为原则。v0因运算放大器工作在线性放大区域,由电路线性K2=(3)Vcc叠加原理知,对于转折频率之前的信号,总输出为直流R6输出与交流输出之和,为:将式(2)、(3)代入v0=1+vi=Avvi,整理得R5收稿日期:2007-06作者简介:汪建敏(1986—)
6、,男,在读本科生,研究方向为电气工程与自动化;贺贵明(1946—),教授。·32·仪表技术2007年第10期1+R6/R5Av所示),可以实时监测各输入输出点的电气参量,经调K1=-1=-1(4)K2K2试,得到单电源低通滤波器电路具体参数如图3所示。在偏置电路设计时,一般是先确定放大器的放大倍数Av,然后设置v0值,再由式(3)、(4)计算出K1和K2值,最后设定R1、R2中的任意一个,就可以得出偏置电路全部参数。1.2滤波电路设计滤波电路采用的是二阶VCVSRC电路,其传递函数为:AvωcA(s)
7、=2ωc2s+s+ωcQ1其中ωc为截止频率,ωc=(5)R3R4C2C3Q为品质因数,ωc111图3=++(1-Av)(6)QR3C2R4C3R4C3图4、图5、图6分别是输入信号为50Hz、100Hz、R6Av为电压增益,Av=1+(7)150Hz时的输入/输出曲线,可以看出输入信号频率为R550Hz时,输入/输出信号幅值相等,而对谐波信号衰减在设计滤波电路时,一般是按给定的性能指标如,作用很大,满足系统要求。截止频率fc或截止角频率ωc、带内增益Av,以及品质因数Q(通常取0.707)。在设计中
8、仅由ωc,Av及Q这三个参数求出电路中R、C值,是相当困难的。通常是先设定一个或几个元器件的值,再由式(5)、(6)、(7)算出其他元图4图5图6器件的值。另外,设计时需注意的是,电阻的标称值尽可能接3结论近设计值,可适当选用几个电阻串、并联。尽可能采用通过仿真设计与分析可以看出,用Multisim2001金属膜电阻及容差小于10%的电容,影响滤波性能的仿真软件可以方便地建立和调试单电源滤波器电路,主要因素是ΔR/R,ΔC/C及运算放大器的性能。实验根据
