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学生姓名:
方腾
指导教师:
肖永军
二○一三年三月十日
带阻滤波器(陷波器50HZ)的设计与仿真
摘要:
工频为50Hz,全称工业频率,我们用的电能,电器,都是工频,即便是非工频,也是在设备上加了变频器。
由于工频电流或电器产生的电磁干扰称之为工频电磁干扰。
目前工频电磁场对电器设备有干扰,影响电器的正常工作。
带阻滤波器是用来抑制或衰减某一频率段的信号,而让该频率段的信号通过,经常用于电子系统抗干扰。
我们采用二阶有源带阻滤波电路,即双T带阻滤波电路。
我们将运用PSpice进行仿真设计带阻滤波电路排除50HZ工频干扰对电子系统的影响。
关键词:
50HZ工频干扰PSpice仿真设计双T带阻滤波
一、双T带阻滤波电路
图1
双T网络如图所示,是由一个低通电路和一个高通电路并联起来得到的。
低通电路由两个电阻R和一个电容2C构成的T形网络。
高通电路是由两个电容C和一个电阻R/2构成T形网络。
因此称为双T网络。
由节点导纳方程可以导出电路的传递函数为:
A(s)=Vo(s)/Vi(s)=AVF[1+(s/wo)(s/wo)]/[1+2(2-AVF)s/wo+(s/wo)(s/wo)]
或
A(jw)=AVF[1+(jw/wo)(jw/wo)]/[1+2(2-AVF)jw/wo+(jw/wo)(jw/wo)]
=Ao[1+(jw/wo)(jw/wo)]/[1+(1/Q)jw/wo+(jw/wo)(jw/wo)]
式中wo=1/(RC),即是特征角频率,也是带阻滤波电路的中心角频率;
AVF=Ao=1+R5/R13为带阻滤波电路的通带电压增益;
Q=1/[2(2-Ao)]
如果Ao=1,则Q=0.5,增加Ao,Q将随之升高。
当Ao趋近2时,Q趋向无穷大。
因此,Ao愈接近2,愈大,可使带阻滤波电路的选频特性愈好。
即阻断的频率范围愈窄。
为了得到高稳定性的陷波滤波器,除采用高性能的运算放大器外,还必须采用高精度无源元件。
二、PSpice仿真分析
1、参数扫描
(1)、对C6进行参数扫描
下图是对C6进行参数扫描的输出文件。
在ACSWEEP的条件下,再用参数扫描。
在PARAMETRIC中有STAR=10n,END=5u,INCREMENT=100n.从图中可看到,电容取值在0.04uF时,效果最佳。
(2)、对R2进行参数扫描
下图是对R2进行参数扫描的输出文件。
在PARAMETRIC中有STAR=10,END=100K,INCREMENT=1K.从图中可看到,电阻取值在R2=80K时,为下边的红色线,其陷波频率在50HZ左右。
(3)、对R5进行参数扫描
下图是对R5进行参数扫描的输出文件。
在PARAMETRIC中有STAR=100K,END=2000K,INCREMENT=2K.从图中可看到,电阻取值在R5=1000K时,为最上边线,其陷波频率在50HZ左右且信号的放大倍数较多大,故选择此值较佳。
2、噪声分析
由仿真图可知,V2只是计算输入等效噪声源的位置,V2本身并不是噪声源。
由此可很方便地分析出电路中噪声情况。
***NOISEANALYSISTEMPERATURE=27.000DEGC
******************************************************************************
FREQUENCY=1.000E+10HZ
****DIODESQUAREDNOISEVOLTAGES(SQV/HZ)
X_U1A.dcX_U1A.deX_U1A.dlpX_U1A.dlnX_U1A.dp
RS0.000E+001.545E-200.000E+000.000E+000.000E+00
ID3.569E-232.612E-171.366E-221.365E-220.000E+00
FN0.000E+000.000E+000.000E+000.000E+000.000E+00
TOTAL3.569E-232.613E-171.366E-221.365E-220.000E+00
****TRANSISTORSQUAREDNOISEVOLTAGES(SQV/HZ)
X_U1A.q1X_U1A.q2
RB0.000E+000.000E+00
RC0.000E+000.000E+00
RE0.000E+000.000E+00
IBSN1.711E-260.000E+00
IC2.318E-299.568E-30
IBFN0.000E+000.000E+00
TOTAL1.713E-269.626E-30
****RESISTORSQUAREDNOISEVOLTAGES(SQV/HZ)
R_R13R_R1R_R2R_R5R_R12X_U1A.r2
TOTAL3.774E-260.000E+000.000E+008.236E-271.243E-241.988E-18
X_U1A.rc1X_U1A.rc2X_U1A.re1X_U1A.re2X_U1A.reeX_U1A.ro1
TOTAL0.000E+000.000E+001.586E-291.585E-290.000E+009.942E-22
X_U1A.ro2X_U1A.rp
TOTAL1.766E-290.000E+00
****TOTALOUTPUTNOISEVOLTAGE=2.812E-17SQV/HZ
=5.303E-09V/RTHZ
TRANSFERFUNCTIONVALUE:
V(O)/V_V2=4.402E-05
EQUIVALENTINPUTNOISEATV_V2=1.205E-04V/RTHZ
3、温度分析
电阻阻值以及晶体管的许多模型参数值与温度的关系非常密切。
温度变化必然通过这些元器件参数值的变化导致电路特性的变化。
下图是已标示出的是27DEG温度时,滤波电路的工作情况。
4、直流传输特性分析
直流传输特性分析只涉及输入信号源和输出变量两个参数,可以得出输入输出电阻的大小。
****SMALL-SIGNALCHARACTERISTICS
V(O)/V_V2=3.488E-01
INPUTRESISTANCEATV_V2=3.427E+06
OUTPUTRESISTANCEATV(O)=3.511E-04
5、蒙托卡诺分析
(1)、对C6进行蒙托卡诺分析
下图是对C6进行蒙托卡诺分析的结果。
此图说明当C6的值在20%误差范围内,C6对电路的影响,即在信号输入时C6对电路的影响比较明显,随后电路工作趋于稳定,C6对电路影响不大。
(2)、对R4进行蒙托卡诺分析
下图是对R4进行蒙托卡诺分析的结果。
此图说明当R4的值在20%误差范围内,R4对电路的影响,即在信号输入后R4对电路的影响不是十分明显,且R4对电路的影响随时间的变化不大,基本趋于稳定。
6、最坏情况分析
(1)、对R5进行最坏情况分析
下图是对R5进行最坏情况分析的结果。
此图说明当R5的值在误差为20%,R5对电路的影响,即在信号输入后R5对电路的影响不是比较明显,且R5对电路的影响随时间的变化不大,基本趋于稳定。
7、AC分析
经上的仿真分析,我可以确定此电路的参数如图1所示。
此电路最终仿真如下
三、结束语
本文利用PSPICE对双T带阻滤波电路工作特性进行了仿真分析和研究。
利用PSPICE求解电路只需画出电路仿真图形,就能获取和处理实验数据,形成直观的波形图,非常方便快捷,其电路仿真无论在分析精度、实验效果等方面都有很好的性能.在实验过程中,针对PSPICE在数电模块易出错的特点,重复实验多次,仔细设置VPWL,VPULSE等电压源的属性。
采用参数扫描可以选用合适的元件参数,比较熟练的掌握各种仿真方法。
同时,在完成过程中得到肖永军老师及其他同学的帮助和鼓励,在此对他们表示衷心的感谢!
本小组分工明确,各负其责,各尽其能,团结一致,克服困难,经过一段时间的努力和探索,较圆满的完成此次论文。
参考文献:
[1]陈大钦.电子技术基础实验.(第二版).北京:
高等教育出版社.
[2]刘润华.EDA电子设计自动化(修订本).山东:
是由大学出版社.
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