双T型陷波滤波器

有时,我们需要设计个滤波器滤除特定频率的噪音。这时就需要陷波滤波器了。双T型陷波滤波器应该是最常见的陷波滤波器,下面就简单介绍一下这种滤波器的特性。

最基本双T型结构如图1所示。

图 1 双T型基本结构

上图中各器件的值要满足如下的关系。

C1=C2=CC3=2CR1=R2=RR3=R/2

对上图中的电路列写电路方程如下:

略加计算可以得到:

可以看出上面的式子都是典型的二阶系统。所以有下面的关系。

频响特性如图2所示。

图 2 频响特性

Q值固定只能为1/4是这个电路的缺点。通过引入正反馈可以调整Q值。下面是电路图。


图 3 Q值可调型双T陷波滤波器

可以解得如下的关系:

上面省略了V2V3 这些中间变量的结果。可以看出Q值可以表示为:

Q=1/(4-2A)

A越接近2Q值越大,如果A>2 了,系统就变得不稳定了。下面给出A取不同值时的频响特性。其中蓝线对应的是A=1,红线对应的是A=1.5,绿线对应的是A=1.8

图 4 A 取不同值时的频响特性

从上图可以看出A越接近2,阻带越窄。




### 运放T陷波滤波器设计与实现 #### 设计原理 运放T陷波滤波器是一种用于抑制特定频率成分的电路结构。该滤波通过两个T网络构成,其中一个T网络由一个电阻和两个电容组成,另一个则由两个电阻和一个电容形成[^1]。当引入运算放大时,能够显著提升系统的品质因数(Q),从而增强对目标频率的选择性和抑制效果[^4]。 #### 构建方法 构建此类滤波的关键在于合理配置元件参数以及选用合适的运算放大号。具体而言: - **选择元件**:依据所需消除的具体频率(如50 Hz),可利用公式\(f_c=\frac{1}{2\pi RC}\)来决定各组件数值;其中\(f_c\)代表截止频率,即希望被有效削弱的那个干扰信号所在位置。 - **连接方式**:第一个运放通常设置为缓冲模式——电压跟随形式,这有助于隔离前后级并稳定输入阻抗特性。第二个运放负责提供增益及进一步加强输出稳定性。 ```circuitikz \begin{circuitikz}[american, scale=0.85] % 组件声明 \draw (0,0) node[op amp](opamp1){}; \node at (-3,-2)[ground]{}; % 输入部分 \draw(-6,0)--++(right:3cm); \draw(-3,0)|-(opamp1.-); % T网路一 \draw(opamp1.+)-|(2,-1)--+(right:2cm)coordinate(Tpoint); \draw[Tline](Tpoint)--++(up:1cm)(Tpoint)--++(down:1cm); \draw(2,-1)--+(right:2cm); % 运算放大二 \draw(7,0) node[op amp](opamp2){} (9,0)--(opamp2.+) (opamp2.out)--+(right:2cm); % 输出路径 \draw(opamp1.out)--(opamp2.-); \draw(4,-1)--(opamp2.-); % 接地处理 \foreach \i in {-1,...,1}{ \ifnum\i=-1 \draw(\i*2,\i)--+(\i*2,-1); \else \draw(\i*2,\i)--+(\i*2,-1)to[short,*-o](\i*2,-2); \fi} % 添加标签说明 \node[left]at(-6,0){Input}; \node[right]at(11,0){Output}; \end{circuitikz} ``` 上述图解展示了简化版的运放T陷波滤波器布局示意,实际操作过程中还需考虑更多细节因素,比如温度漂移补偿、噪声控制等。 #### 应用场景 这类滤波广泛应用于电力电子设备中去除电网带来的周期性波动影响,特别是在生物医学仪领域对于心电信号采集有着重要意义,因为它可以帮助清除来自市电供电线路所引起的50/60Hz工频干扰[^2]。
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