50Hz陷波电路
50Hz陷波器设计(matlab)
源代码：%陷波器的设计%陷波器的传输函数为% B(1/z) (z-exp(j*2*pi*f0))*(z-exp(-j*2*pi*f0))%H(z) = -------- = --------------------------------------------% A(1/z) (z-a*exp(j*2*pi*f0))*(z-a*exp(-j*2*pi*f0))%其中f0为陷波器要滤除信号的频率，a为与陷波器深度相关的参数，a越大，深度越深。
%%已知信号中50Hz工频干扰，信号为x=sin(2*pi*50*n*Ts)+sin(2*pi*125*n*Ts);%要求通过陷波器滤除50Hz干扰信号%参数设置：采样率Ts=0.001s，采样长度：512点clf;clear;%设置初值f0=50;Ts=0.001;fs=1/Ts;NLen=512;n=0:NLen-1;%陷波器的设计apha=-2*cos(2*pi*f0*Ts);beta=0.96;b=[1 apha 1];a=[1 apha*beta beta^2];figure(1);freqz(b,a,NLen,fs);%陷波器特性显示x=sin(2*pi*50*n*Ts)+sin(2*pi*125*n*Ts);%原信号y=dlsim(b,a,x);%陷波器滤波处理%对信号进行频域变换。
xfft=fft(x,NLen);xfft=xfft.*conj(xfft)/NLen;y1=fft(y,NLen);y2=y1.*conj(y1)/NLen;figure(2);%滤除前后的信号对比。
subplot(2,2,1);plot(n,x);grid;xlabel('Time (s)');ylabel('Amplitude');title('Input signal');subplot(2,2,3);plot(n,y);grid;xlabel('Time (s)');ylabel('Amplitude');title('Filter output');subplot(2,2,2);plot(n*fs/NLen,xfft);axis([0 fs/2 min(xfft) max(xfft)]);grid;xlabel('Frequency (Hz)');ylabel('Magnitude (dB)');title('Input signal');subplot(2,2,4);plot(n*fs/NLen,y2);axis([0 fs/2 min(y2) max(y2)]);grid;xlabel('Frequency (Hz)');ylabel('Magnitude (dB)');title('Filter output');100200300400500600-2-112Time (s)A m p l i t u d eInput signal100200300400500600-2-112Time (s)A m p l i t u d eFilter output010020406080100120M a g n i t u d e (d B )010020406080100120M a g n i t u d e (d B )。
50赫兹陷波器电路
50Hz陷波器电路
为避免50Hz交流市电干扰，加入一个50Hz陷波器电路，可以专门针对在50Hz附近的频率作用（如右图）。
主体电路分为两个部分。
前一个部分为陷波部分，采用“双T”式接法，可以看成是一个二阶带阻滤波电路。
R9，R10和C6以及C4，C5和R11分别决定两个滤波截止频率。
其中，R11可以看作是两个33K的电阻并联后的结果，C6可以看作是两个0.1uF的电阻并联后的结果，因此可以等效成对应的对称滤波电路。
电路高端截止频率和低端截止频率相等，均由2πRC决定，其中R=33K，C=0.1uF，可求得f1=f2=50Hz，所以该电路可以专门针对50Hz的信号起作用。
后一个部分为一个集成运算放大器，选用LM324。
下面我们通过示波器及波特仪仿真看看效果，连线如下：
下面我们看看仿真结果：先看看示波器输出：
很明显，输入的50HZ，VP-P=10V信号被大幅度衰减，输出峰值不到1V。
再看看系统的波特图：
通过波特图也可以明显看出系统对50HZ的陷波。
【另：通过波特图可以很清楚的知道为什么起名叫“陷波器”】。
工频50Hz的滤除电路
3.5 工频50Hz 的滤除电路工频干扰是经络信号的主要干扰，虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用，但有部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的，且频率处于经络信号的频带之内，加上电极和输入回路不稳定等因素，前级电路输出的经络信号仍存在较强的工频干扰，所以必须专门滤除。
采用如下图所示是有源双T 带阻滤波器，该电路的Q 值随着反馈系数β（0<β<1）的增高而增高，Q 值与β的关系如下：()141Q β=-，调节R 16和R 17的比值可改变Q值。
图3-103.5.1参数计算：1314R R R ==，15/2R R =，C 7=C 8=C ，C 6=2C 先取0.15C F μ=，由公式012R f Cπ=计算得21.23R =KΩ，在软件上模拟后，调整为： 121422R R ==KΩ，8100.15C C F μ==，1312/211R R ==KΩ，9820.33C C F μ==。
3.5.2 Q 值讨论50Hz 陷波器的传递函数为：2202200()(/)s H s Q s ωωω+++p K （s ）= （1） 幅频特性为：2222220()()(/)A Q ωωωωωωω-=-+p K （2），p K ＝1，0ω＝100πrad 。
国家允许交流供电频率在49.5～50.5Hz 范围内，所以50Hz 陷波器的Q 值并不是越高越好，太高时，阻带过窄，若工频干扰频率发生波动，则根本达不到滤除工频干扰的目的。
而Q 值太小时，又可能会滤掉有用信号。
选择3dB 处截止频率为47.5Hz ，52.5Hz ，将1247.5rad ωπ⨯＝，2252.5rad ωπ⨯＝分别代入222222001()2()(/)A Q ωωωωωωω-==-+p K 中计算得，Q 1＝9.74，Q 2＝10.24，所以取 11214()R R R Q =+＝10，R 17＝22M ， R 16＝510K 。
陷波器
四、实验步骤
（二）硬件电路实践 1. 首先将直流稳压电源接成正负电源形式，并调整电压旋钮 将输出电压调至±12v，关闭电源； 2. 实验板如图：将电源插在J9电源插座上，注意实验板上的 正负电源线的颜色，把对应的电源插头插到直流稳压电源 上，检查无误后，打开电源，实验板上两个指示灯亮，说 明连接正确，否则连接有误，请检查电源连接； 3. 调零：用示波器检查J6(Vout)电位，并调整RV1，使J6电 位为0V；
A U1_V+ B C D
R3
10k
R7
660
RV1 U1:A
4 4 3 1k 2 6 11 11 1 5 7 9 13 11 11
C2 U1:B
1uf
C3
4 1uf 10
Vout
U1:C
8 12 4
U1:D
14
R4
10k
LM324
R5
LM324 7k7
R6
7k7
LM324
R8
10k
LM324
R1
根据所的数据画出电路的幅频曲线（可以采用Matlab画 出）； 6．分析指标，判断是否符合设计要求。
五．注意事项
1．在动手实验前，每位同学必须仔细阅读仪器使用说 明书，熟悉仪器操作规范； 2．在电路连接过程中，必须注意电源正负极的连接是 否有错误，检查无误后方可通电调试。 3．在电路调试过程中，需要拆卸元器件或连线时，必 须关闭电源后进行，防止损坏电路器件。 4．听从指导老师的指导，出现异常情况时，首先关闭 电源，并立即报告指导老师处理。
ωn
)2
或
A( jω ) = Avf [1 + ( jω ) ] ωn = jω jω 1 jω jω 1 + 2(− Avf ) + ( )2 1 + ⋅ + ( )2 ωn + (
毕业设计_心电检测仪
摘要本课题主要设计一个基于Atmega16的家用心电监测仪的研究设计。
根据人体心电信号的特征，设计心电信号采集系统，完成实时心电监测的功能。
本系统通过硬件电路实现了对心电信号实时的采集和处理，并将模拟的心电信号转换成数字信号送入主控单元，从而实现了心电信息的实时显示、存储、打印、报警等功能。
本设计选用具有低功耗的16位单片机Atmega16作为中央处理系统，通过心电传感器，从人体连续取得心电信号，经过专门的信号处理电路进行处理后送入中央处理系统，中央处理系统通过分析、处理，检测出病人的心电信号，并与正常的心电信号比较，对采集的心电信号进行实时分析、检测及记录，并选取大容量Flash存储器对采集处理后的心电信号进行存储。
同时，监测仪带有液晶显示器，能实时显示所检测的心电信号。
当病人出现紧急的心电症状时，其特有的报警功能可以及时的发出报警，便于及时的对病人进行救治。
该系统还可以打印出心电波形供医务人员分析病情时参考，及时准确的采取治疗措施，制定治疗方案。
该监测仪能长期、连续、可靠、稳定的工作，同时还具有体积小、存储容量大、功耗低、实时显示等特点，便于随身携带，使用方便，操作简单。
关键词心电监测心电监测仪心电传感器信号处理电路Title: The design of household ECG monitorAbstractThe topics mainly based Atmega16 household ECG monitor research and design. According to the characteristics of the human ECG, design ECG acquisition system,in real-time ECG monitoring function.This system has realized through the hardware circuit to heart signal real-time gathering and processing, and will simulate the heart signal transforms the digital signal to send in the master control unit, thus has realized the function of heart information's real time display, memory, printing, alarming, etc.This design uses a low-power 16-bit microcontroller Atmega16 as the central processing system, through ECG sensor, from the human body to obtain a continuous ECG signal, by a dedicated signal processing circuit after being fed into the central processing system, the central system analysis, processing to detect the patient's ECG signal, by comparison with a normal ECG, to achieve real-time detection, analysis, selected records, select a high-capacity Flash memory to store the acquisition of the ECG. At the same time, the monitors with a LCD monitor, be able to real-time display ECG signal. When a patient have a emergency ECG symptoms, its unique alarm function can trigger a timely warning and treatment of patients timely. The system can also print out ECG waveform to provide reference for medical personnel, and timely and accurate implementation of therapeutic measures to establish treatment programs. Not only that ,the key of system design make operation simple and faster.The monitor can long-term, continuous, reliable, stable job, and has a small size, large storage capacity, low power consumption, real-time display and other features, easy to carry, easy to use, easy to operate.Keywords ECG monitoring ECG monitor ECG sensor Signal processing circuit目录摘要 ..................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................................... II 第一章绪论.. (1)1.1 本课题提出的意义和目的 (1)1.1.1本课题提出的意义 (1)1.1.2本课题提出的目的 (2)1.2心电监测仪的国内外发展现状 (3)1.3 人体心电信号的特点 (5)1.4 本课题的设计要求及研究内容 (5)1.4.1 本课题的设计要求 (5)1.4.2 本课题的研究内容 (6)第二章整体方案设计 (7)2.1系统整体方案的确定 (7)2.2各模块方案的确定 (7)第三章硬件电路的设计 (10)3.1中央处理系统的设计 (10)3.2信号采集电路的设计 (12)3.2.1心电传感器的设计 (12)3.2.2右腿驱动电路的设计 (13)3.3前置放大电路的设计 (14)3.3.1前置放大电路的要求 (14)3.3.2前置放大器的设计 (15)3.4高通滤波电路的设计 (17)3.5低通滤波电路的设计 (18)3.6 50Hz陷波电路的设计 (19)3.7后置放大电路的设计 (21)3.8 A/D转换电路的设计 (22)3.9打印电路的设计 (25)3.10存储器的设计 (27)3.11显示电路的设计 (28)3.12键盘电路的设计 (29)3.12.1按键开关的抖动问题 (30)3.12.2键盘与单片机的连接 (30)3.13报警电路的设计 (32)3.14稳压电源电路的设计 (32)3.14.1稳压电源的组成 (32)3.14.2电源电路的设计 (33)第四章软件设计 (35)4.1软件设计的要点 (35)4.1.1相邻两个心电波间隔时间的取得 (35)4.1.2瞬时心率值的存储方式 (35)4.1.3心率值的显示方式 (35)4.1.4报警的处理方法 (35)4.1.5打印的波形和数据 (36)4.2系统部分程序设计 (36)4.2.1主程序的设计 (36)4.2.2数据采集子程序的设计 (37)4.2.3数据显示子程序的设计 (38)4.2.4打印子程序的设计 (39)4.2.5存储子程序的设计 (40)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)第一章绪论1.1本课题提出的意义和目1.1.1本课题提出的意义生物电现象是生命活动的基本属性，它几乎在机体的一切生命过程中都伴随生物电的产生。
50hz滤波器,有详细参数和公式说明
电路的中心频率：RCf π210=（3-5-1） 对于f > f 0 的高频信号，两个串联的电容C 阻抗很低，信号可经过电容直接传输到运放的同相输入端即U i =U +；对于f < f 0 的低频信号，电容2C 的阻抗非常高，信号可经两个串联的电阻R 直接传输到运放的同相端即U i =U +；只有当f=f 0的信号输入时，分别经过两个通道传输：从高通滤波通道（两个电容C 和一个电阻R/2构成）输出的电压比输入电压超前一个略小于π/2的相位；从低通滤波通道（两个电阻R 和一个电容2C 构成）输出电压比输入电压落后一个略小于π/2的相位。
两路传输到同相输入端的电压正好大小相等、相位相反，相互抵消，因此放大器输出电压近似为零 [18] 。
图3-5 双T 有源陷波器图3-5中 R4、R5以及运放组成陷波器的正反馈，具有增强信号作用，反馈系数F 有公式计算出：455R R R F +=(3-5-2)陷波器的品质因素Q,决定滤波器的选择性，高Q 对应较窄的阻带而低Q 对应较宽的阻带。
本设计中由于只要求衰减50Hz 信号，其它频率尽量保留，因此需要提高Q 。
Q 值的计算公式为：)1(41F Q -=(3-5-3)阻带BW 的公式为：Qf BW 02π=(3-5-4) 陷波深度公式为： 陷波深度=20lg （Uomin/Ui ） (3-5-5)根据式3-5-1可以计算，如果要滤除50Hz 的噪声，必须选择好电阻R 以及电容C，分别可以选择C= 和R=33KΩ、C=和R=10KΩ、C=和R=11KΩ以及C=和R=12 KΩ，然后使用信号发生器输入幅度1000mV，频率变化的正弦信号以及使用示波器进行观察，获得的下陷曲线如表5-3(a)所示。
表5-3(a) R、C大小不同时的陷波曲线由表5-3(a)可以看出，C=和R=11KΩ时的陷波效果最理想，所以R选取了11KΩ,电容C选取了。
但是其阻带还比较宽，还不符合要求，根据式2-5-2、2-5-3及2-5-4可以知道，改变R5和R4可以改变阻带宽度。
如何消除50Hz工频对高精度测温电路的扰动
如何消除50Hz工频对高精度测温电路的扰动摘要：50Hz工频电磁场干扰是硬件开发中难以避免的问题，特别是敏感测量电路中，工频电磁场会使测量信号淹没在工频波形里，严重影响测量稳定度，故消除工频电磁场干扰是敏感测量电路设计中不可逃避的挑战。
PT100是当前应用最为广泛的测温方案，各位工程师在应用此方案时是否会遇到这样的问题：为什么PT100测温电路会存在周期性小波动？该如何解决？其实出现这样的现象主要可能是存在如下几个原因：1.50Hz工频电磁场的影响；2.周围电机或者继电器等开关动作造成的群脉冲干扰；3.传导进去系统的工频共模干扰。
图1 工频电磁场波形由于是测量电路存在周期性波动，那工频电磁场扰动的可能性更大，用示波器观测工频电磁场波形如图1，一般认为50Hz工频电磁场干扰是由两方面原因产生：1.50Hz工频干扰通过传导进入系统2.50Hz工频干扰通过空间耦合进入系统针对上述问题，消除50Hz工频电磁场干扰的方法也相对明确，有下述四种方案可供电路设计者去参考：1.利用电气隔离，阻断工频干扰的传导路径。
2.敏感电路处搭建共模抑制和滤波电路，滤除进入输入通道的工频扰动。
3.软件中构建IIR陷波或者FIR带阻数字滤波器，消除工频干扰对测量结果的影响。
4.降低测量引线回路面积，增加屏蔽，减弱空间耦合效应。
ZLG推出一款双通道热电阻隔离测温模块TPS02R，转为敏感电路而设计，充分考虑50Hz工频干扰，如图2，我司采用多种方案抑制工频干扰，使得TPS02R模块分辨率可达0.01℃，且可以长时间稳定运行。
图2 TPS02R 系统方案如上图系统方案所示，针对50Hz 工频干扰，在“基准缓冲电路”中，采用硬件滤波电路，降低50Hz 工频对ADC 芯片基准电压的影响。
如图3，本质上是一个电压跟随缓冲电路结合低通滤波器，R1C1针对50Hz 滤波，R2R3C2C3针对50Hz 高次谐波的过滤。
R2图3 缓冲滤波电路具体-3dB 频率响应计算如式112f RC π= （1）ADC 芯片内部PGA 采用仪表放大器结构大幅度衰减共模工频干扰，且内置数字处理器，对输入信号进行数字滤波处理，其中数字滤波算法频率响应如图4所示，数字滤波算法的陷波点在10Hz,20Hz,40Hz,80Hz 频率的整数倍处响应，所以选择10Hz 频率的输出，可以一定程度的衰减50Hz 工频扰动。
五陷波器仿真、制作与调试
根据所的数据画出电路的幅频曲线（可以采用Matlab画 出）； 6．分析指标，判断是否符合设计要求。
五．注意事项
1．在动手实验前，每位同学必须仔细阅读仪器使用说 明书，熟悉仪器操作规范； 2．在电路连接过程中，必须注意电源正负极的连接是 否有错误，检查无误后方可通电调试。 3．在电路调试过程中，需要拆卸元器件或连线时，必 须关闭电源后进行，防止损坏电路器件。 4．听从指导老师的指导，出现异常情况时，首先关闭 电源，并立即报告指导老师处理。
陷波器仿真、 实验五 陷波器仿真、制 作与调试
张日欣 2009.4
一、实验目的
1．熟悉陷波器的类型与特性以及在ECG放大器中的作 用； 2．学习双T陷波器的设计方法，掌握陷波器的相关指标； 3．掌握陷波器的调试方法，调试陷波器电路，使调试 后的陷波器达到以下主要指标：
中心频率：工频50Hz 陷波器带宽：<±5Hz（-3dB） 陷波深度：>20dB
四、实验步骤
6．选择[Opamp.lib]库，选择TL084运放，并拖入图纸相应位置； 8．在设计图纸窗口中，双击元件图，在弹出窗口中[attribut]选项卡中修改其属 性：[designator]中填器件标识、[part]填期间参数；在[graphical attribute] 选项卡中[orientation]选择放置角度； 9．在设计图纸窗口中单击右键，选择[place wire]将器件用导线连接起来； 10．选择系统菜单[place]->[power port]将电源端放入图纸相应位置，并双击 电源图标编辑器属性； 9．选择系统菜单[place]->[net label]将网络标号放入图纸输出端，并修改其标 号内容为Vo; 11．电路连接和元件属性设置无误后，设置方针用信号源：
50Hz工频信号陷波器设计-精简
50Hz工频信号陷波器设计-精简
●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。
在日常生活中常会存在50hz的工频干扰，因此50Hz陷波器在日常生产生活中被广泛应用。
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。
●基本电路原理图如图所示
图3.1.2双T型陷波器电路
为了防止中心频率漂移，要使用镀银云母电容或碳酸盐电
容和金属膜电阻。
常见衰减量为40—50dB，如果要得到60dB的衰减量，必须要求电阻的误差小于0.1%，电容误差小于0.1%。
电路组成
图1.3.2双T 陷波器Multisim 仿真电路仿真图中的元器件参数：
Ω===K R R R 5.8312321
nF 1002321===C C C
Ω=500R 4
Ω=K R 1005
●仿真波特图
通过Multisim仿真可见，陷波器在21Hz频率与50Hz频率之间的衰减量可达46dB左右，对50Hz衰减效果十分显著，同时在非阻带增益十分平坦。
●总结
50Hz陷波器对频率响应曲线十分理想，所用电路也较简单，对非阻带频率影响很小。
但对元器件的参数要求高，通常误差不能超过0.1%。
基于UAF42通用滤波芯片的50Hz陷波器设计
第!"卷!第#期!$$%年#月仪器仪表学报&’()*+*,-./)01-234(*)5(2(46)+5/.7*)58-19!":-9#;.<9!$$%基于Z3O E9通用滤波芯片的G Y U2陷波器设计"颜!良K!陈儒军K!!!刘!石K!陈一平KK!中南大学信息物理工程学院!长沙!N K$$#L"!!中南大学信息科学与工程学院!长沙!N K$$#L"摘要!为了压制工业电源的干扰!如O$\E干扰"#经常要在输入电路中采用陷波电路$由于传统的双J陷波电路对元件的精度和对称性要求比较高#在实际中很难调试$文中介绍的由通用滤波器芯片^;Z N!构成的O$\E陷波电路克服了这方面的缺点$实验结果表明%基于^;Z N!设计的O$\E陷波器的频率响应达到了设计要求#具有调试方便&对元件精度要求不高的优点$关键词!陷波器!^;Z N!!Z6]J P R N!中图分类号!J[L L"!文献标识码!;!国家标准学科分类代码!O K$9K$>"1+-/’),G Y U2/’%.&)+<%"*81+/-%&"8/+H"*1,<,.%+H")+<%"*.&+D Z3O E9b0)](0)<K!&’*)R.d.)K#!!](.3’(K!&’*)b(A()<K9!=>:$$.$#!"#$b Q:43)>3’"0<,$&’()>3*"+)",,%)"+#-,"(%’.=$D(:1")2,%3)(4#-:’"+3:’A977\H#-:)"’"5!-$..,+,$#!"#$%&’()$"=>),">,’"0*"+)",,%)"+#-,"(%’.=$D(:1")2,%3)(4#-:’"+3:’A977\H#-:)"’"301%*,.%!J-+.A A/*++5’*O$\E()5*/2*/*)4*#0)-54’2(15*/(+)**@*@()A/*H+50<*4(/4.(5FJ’*4-)D*)5(-)01 5?()H J)*5?-/U/*W.(/*+’(<’H A/*4(+(-)4-7A-)*)5+0)@+5/(45+G77*5/G#B.5(5(+@(22(4.155-5.)*F J’*O$\E )-54’2(15*/.+()<5’*.)(D*/+01045(D*2(15*/4’(A!^;Z N!"*1(7()05*+0B-D*@(+0@D0)50<*+F J’**C A*/(7*)5/*H +.15++’-?5’055’*O$\E)-54’2(15*/.+()<^;Z N!7**5+5’*@*+(<)/*W.(/*7*)5+F J’*@*+(<)’0+5’*0@D0)50H <*+-2*0+G5.)()<0)@1-?*/4-7A-)*)55-1*/0)4*/*W.(/*7*)5F4"5#’*(1!)-54’2(15*/!^;Z N!!Z6]J P R N!6!引!!言!!物探仪器工作频率低#且一般在野外工作#易于受外界信号干扰#特别是在此频率段内受到强烈的干扰源#如O$\E或%$\E市电电网信号影响$在这种情况下#虽然很多信号放大装置采用了低噪声前置放大和提高共轭抑制比的多种方法#但在不同环境中实际测量时#往往不能完全消除市电电源信号的干扰#不能达到正常测量的目的$因此#在仪器信号放大装置中采用陷波器#消除市电电网电源信号的干扰或其他特定频率信号的干扰#这是物探仪器!特别是需要接地测量的电法勘探仪器"普遍采用的方法’K H N($!!目前广泛采用的对称性双J阻容有源陷波器#它一般由一个低通滤波电路和一个高通滤波电路并联起来构成#其理论计算和设计都比较成熟#如图K所示#就是一个采用这种形式的O$\E陷波电路’O($图K!O$\E双J陷波电路其陷波点频率为%"本文于!$$O年O月收到#系国家)十五*科技攻关!!$$K Q;%$M;T O"&国家自然科学基金!%$!L N$L$"&中南大学博士后基金资助项目$万方数据!第#期颜!良等!基于^;Z N !通用滤波芯片的O $\E 陷波器设计M !O !!!#C X K !""KM -#K $!!/X K!#!T V D Q $#!$式中!V D Q X K Y M #M K%!!这类陷波器对称性要求高&元器件精度要求严格&否则直接影响陷波频率和/值&因此对制作工艺或筛选器件带来困难&而且调节起来相当困难&很浪费设计人员的时间%9!Z 3O E 9器件简介!!陷波器的设计人员最困难的在于得到严格容差’低损耗’匹配的电容%Q Q #Q .//H Q /-?)$公司的^;Z N !通用有源滤波器克服了这方面的缺点&它可广泛应用于高通’低通和带通滤波器设计中&采用典型的状态变量#+505*H D 0/(0B 1*$模拟结构&内部集成了一个反向放大器和两个积分器%该积分器包括K $$$A Z #h$F O i $的电容&因此较好地解决了有源滤波器设计中获得低损耗#1-?H 1-++$电容的问题(%)%!!^;Z N !具有以下特点!!!#K $通用性强&可根据需要设计成高通’低通’带通和带阻滤波器*!!#!$设计简单&Q Q 公司还为^;Z N !专门设计了一个软件&从而可以方便灵活地设计各种不同类型的滤波器*!!#L $具有高精度频率和高a 值*!!#N $片内集成有K $$$A Z h $F O i 的电容*!!#O $频率范围!$+K $$U \E %它的内部原理图如图!所示%图!!^;Z N !内部原理图B !Z 3O E 9在G Y U 2双:陷波中的应用!!在实际使用时&市电频率往往有偏差&而且干扰强度也随使用环境不同而变化%因此采用两片^;Z N !进行两级双J 陷波&带宽都是K O \E &二阶电路&陷波中心频率分别为N M F #\E 和O $F !\E%!!对^;Z N !来说&这些由Q Q 公司提供的一个&;V 软件+++Z 6]J P R N !进行计算&该软件简化了基于^;Z N !的设计(")%设计人员只要根据具体的电路要求将参数输入到Z 6]J P R N !中&该软件就可以计算出相应的元件值&并且可以仿真滤波器的输出效果%!!陷波频率为NM F #\E 时&软件计算用的参数选择为!陷波点为N M F #\E &阻带宽度为K O \E &阶数为!&输入方式为同相输入%!!陷波频率为O $F !\E 时&软件计算用的参数为!陷波点为O $F !\E &阻带宽度为K O \E &阶数为!&输入方式为同相输入%最后计算结果如表K 所示%表6!电路参数计算结果#C#\E $Q >#\E $/M XK #_$$M X !#_$$M /#U $$M a K #U $$M a !#U $$M a L#U $$N M F #K O L F L !L F K M %L F K M %K $F "#L F $K !L F $K !K $O $F !K OL F L N "L F K "L F K "K $F %O !F M ##!F M ##K $!!两个陷波器都采用软件提供的电路模型[[N &其电路模型如图L 所示%!!5!"XM !M K M X K M X !-K -!#L $!!此电路模型[[N 采用同相输入方式&图L 中&K ;X &!;&电路的计算方程如下(#H M )#此电路没有用到的M <XM L X O $U$!!!/XK Y M N #M L Y M /$M L M /K YM !M KM !M X K -KM K M X !-#$!K,!#N $具体电路中的外围元件参数由表K 中的计算结果给出&电路图如图N 所示%E !G Y U 2陷波实际电路的调试!!按照图N 所示电路进行搭建&测试采用频率特性分析仪&系天津市中环电子仪器公司生产&型号是J V N $K K 型%!!因为用了两级陷波电路&在电路中先对N M F #\E 电路进行调试&然后对O $F !\E 进行调试&最后两级合起来看情况调试&下面是加了屏蔽的测试结果%!!按照设计的参数搭起来的电路由于元件误差达不到设计要求&所以进行了调试%由式#L $和式#N $可知&在外接元件中&陷波器的陷波点只与M X K 和M X !有关&所以在调试中各级只要调图N 中的可变电阻M K 和M !就可以了&最后通过调试得出的参数取值如下!对于N M F #\E &M X K X L F K !!O _&M X !XL F K !!"_*对于O $F !\E &M X KX万方数据M !%!仪!器!仪!表!学!报第!"卷图L ![[N电路模型图N !基于^;Z N !芯片两级O $\E 陷波电路图L F K K %"_!M X !X L F K K M O _"用电桥测量#!其他参数不变$可能是由于芯片和外接电阻误差引起的$先调N M F #\E !调节得出的频率响应图如图O 所示$!!图中包括幅频%相频特性曲线!从图中可以看出!它的阻带宽度为K N F O \E !/值为L F N L !中心频率大概是N M F "M #\E $在此频点上衰减了L !F M @Q "通带增益为N $@Q #$!!O $F !\E 时的频率响应如图%所示$它的阻带宽度为K O F "\E !/值为L F !!中心频率是O $F !$!\E !此频点上衰减了L $F "@Q "通带增益为N $@Q #$!!两级串起来时的频率响应如图"所示$从图中可以看出!在O $F $$!\E 的地方!它衰减了%!F #@Q "通带增益为N $@Q #$两边的最低点分别是上面的N M F "M #\E 和O $F !$!\E !阻带宽度为!L F O \E !/值是!F K L !与仿真设计要求误差不大!大致相符合$!!对于O$\E 的陷波滤波电路!屏蔽措施是很重要的!在调试过程中开始没有采取屏蔽措施!结果在N M +O $9"\E 的区间干扰很严重!特别是相位干扰尤为突出!万方数据!第#期颜!良等!基于^;Z N !通用滤波芯片的O $\E 陷波器设计M !"!图O !N M F #\E 陷波点幅频"相频响应图图%!O $F !\E 陷波点幅频"相频响应图图"!两级O $\E 陷波幅频"相频响应图而且相频"幅频曲线很不平滑#证明外界O $\E 工频对电路的影响很大$!!用上面实际电路测试时#用不同的电源#主要是观察用不同的电源有什么影响#用了K !8的电瓶%微机电源%V &H V &转换电源#最后把滤波电容去了&V &H V &中’$结果从测量结果看发现对它的影响是很小的#如果对上面采取多次测量取平均#它们应该能看作是不变的$G !结!!论!!&K ’O $\E 陷波电路在需要接地测量的物探仪器中必不可少#为了压制干扰一般都要采用两级O $\E 陷波器串联#对O $\E 陷波电路要求较高#要求在电力线频率波动的情况仍然有较好的陷波效果$!!&!’仿真和试验结果表明#用^;Z N !器件设计的O $\E 陷波器具有双J 陷波电路同样的性能#可用在实际的物探仪器和其他需要O $\E 陷波的仪器中$!!&L ’用^;Z N !内部集成了高精度电容#用其设计的O $\E 陷波器具有调试方便%对元件精度要求不高的优点$!!&N ’J 6公司的通用有源滤波器^;Z N !本身具有集成度高%可靠性高和设计灵活的特点#利用生产厂家提供的计算机辅助设计软件还可以提高^;Z N !有源滤波器的设计效率$!!参考文献(K )!白宜诚#崔燕丽#浦慧如F 3a 型双频道激电仪的研制(,)F 物探与化探#!$$!#!%&%’!N O "N %$F (!)!=-)<*P )<()**/()<F S V [H L !66(‘])F ’55A!""???F E -)<*F 4-7"</<@AL !!F ’57#!$$K F (L )!=-)<*P )<()**/()<FS V [_0).01(‘])F ’55A !""???F E -)<*F 4-7"</<@A 7F ’57#!$$K F (N )!陈儒军#罗维炳#何继善#等F 高精度多频电法数据采集系统(,)F 物探与化探#!$$L #!"&O ’!L "%L ""F (O )!姜宗义#龚卫宁#储德宝F 一种新型有源陷波器设计(,)F 中国生物医学工程学报#K M M "#K %&N ’!L !!L !L F (%)!杨振江#马武装F 利用^;Z N !设计带阻滤波器的方法(,)F 电子科技#K M M "#!!O O O "F (")!邓勇#刘琪#施文康F 通用有源滤波器^;Z N !的&;V 软件*Z 6]J P R N !(,)F 国外电子元器件#!$$K #K $!N O N %F (#)!杨振江#余进F 多用途有源滤波器^;Z N !的应用(,)F 电子技术应用#K M M "#!L &M ’!N "N #F (M )!JP c ;36:3J R ^_P :J 3^)(D */+01;45(D *Z (15*/(‘])F ’55A !""???H +F 5(F 4-7"+4"@+".02N !F A @2#!$$$F !!作者简介!!颜良!男!KM "M 年O 月出生!硕士研究生!主要研究方向为智能地球物理仪器$P H 70(1!0/1(0)<!$$L #G 0’--F 4-7F 4)万方数据基于UAF42通用滤波芯片的50Hz陷波器设计作者：颜良， 陈儒军， 刘石， 陈一平， Yan Liang， Chen Rujun， Liu Shi， Chen Yiping作者单位：颜良,刘石,陈一平,Yan Liang,Liu Shi,Chen Yiping(中南大学信息物理工程学院,长沙,410083)， 陈儒军,Chen Rujun(中南大学信息物理工程学院,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083)刊名：仪器仪表学报英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT年，卷(期)：2006，27(8)被引用次数：3次1.白宜诚.崔燕丽.浦慧如SQ型双频道激电仪的研制[期刊论文]-物探与化探 2002(06)2.Zonge Engineering GDP-32 II 20013.Zonge Engineering GDP Manual 20014.陈儒军.罗维炳.何继善高精度多频电法数据采集系统[期刊论文]-物探与化探 2003(05)5.姜宗义.龚卫宁.储德宝一种新型有源陷波器设计 1997(04)6.杨振江.马武装利用UAF42设计带阻滤波器的方法 19977.邓勇.刘琪.施文康通用有源滤波器UAF42的CAD软件-FILTER42[期刊论文]-国外电子元器件 20018.杨振江.余进多用途有源滤波器UAF42的应用 1997(09)9.TEXAS INSTRUMENTS Universal Active Filter 20001.学位论文郭丹伟脉象信号数据采集系统中的前期调理电路2007脉诊在中医占很重要的地位，通过脉诊可以了解患者脏腑气血的盛衰，可以探测病因、病位、预测疗效等。
陷波器
设计题目：陷波器的设计及仿真1、绪论：设计的目的与意义：陷波器也称带阻滤波器，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。
当电路中需要滤除存在的某一额定频率的干扰信号时经常用到，另外生活中，在有线电视屏蔽某个台或滤除高频信号中的混跌噪声时也能起到很好的作用。
陷波器发展到现在已相对成熟，在电路的各个领域都得到广泛应用。
由于我国采用的是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，于是我们本次已滤除50hz工频产生的干扰为例，对陷波器进行电路设计，原理分析及multisim仿真。
2、设计原理：本次设计的陷波器主体包括三部分内容：选频部分、放大器部分、反馈部分。
设计时采用双T型带阻滤波器为基础并加入压控反馈得到.此陷波器具有良好的选频特性和比较高的Q值，电路原理图如图1所示：图1 双T 型带阻滤波器电路原理图根据图1所示，对于A 点求节点电流方程（1）有：()()()0200=-+-+-n U mU sC U U sC U U A A A i（1）同样，对于B 点求节点电流方程（2）有： ()()()000=-+-+-sC U mU n U U n U U B B B i（2）同样，对于C 点有节点电流方程（3）： ()()00B 0A =-+-n U U sC U U(3) 式中212R R R m +=，R n 1=。
由上述的（1）、（2）、（3）式可以得到此电路的传输函数为()()C n s m s C n s snC m C s n C s n U U s G i -+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-+++==14C n 14)(22222222220 此时令ωj =s 得 ωωωωωωω0202202)1(4)(G m j j ----=其中RC 10=ω。
当0ωω=时）（ωj G =0，此时能滤除RCf π210=的频率，而对于其他频率，）（ωj G 约为1，能很好的使其他频率的信号通过。
50Hz陷波器设计
实验二
50Hz陷波器设计
实验目的
1.掌握运算放大器在信号处理中的作用
2.了解滤波器的构成、特性和工作原理
3.掌握有源双T结构50Hz陷波器电路的设计、实验
和测试方法。
实验器材
直流稳压电源信号发生器
交流毫伏表示波器万用表
消耗性材料
L M324运算放大器电阻电容导线
实验原理
50Hz陷波器的设计
50Hz陷波器可以采用如下图所示正反馈的有源双T带阻滤波器，该电路的Q值随着反馈系数f的
增高而增大)1(41f Q −=B
Q 0
ω=1
2ωω−=B
实验内容
50Hz陷波器
设计一个50Hz陷波器，采用Q值可调的有源双“T ”带阻滤波器电路(图1)，计算电路参数，连接并调试电路，将R W 调节到一个固定位置，使f=0.90，改变输入信号v i 的频率（v i =50mv），观察输出信号V O 的变化并画出幅频特性曲线。
然后改变R W 的位置,使f=0.70，重复上述动作，画出另一条幅频特性曲线限制条件：C 1=0.047μ，R W =10k
50Hz陷波器实验电路。
陷波器设计
数字信号处理课程设计报告书题目陷波器设计课程设计任务书课题题目摘要随着数字技术的发展，数字滤波器在许多领域得到广泛的应用。
它是通信、语言、图像、自动控制、雷达、航空航天、生物医学信号处理等领域中的一种基本处理部件，具有稳定性好、精度高、灵活性大等突出优点。
在信号采集时，往往受到50Hz电源频率干扰，尤其是在供电系统不稳定、外界环境适应性差时严重影响要采集信号的正确判断。
本设计研究一种在MATLAB语言环境下分别用IIR和FIR滤波器设计方法设计实现一个数字陷波器，并将设计的滤波器应用到混合的正弦信号，通过仿真测试，用两种方法设计的滤波器可以很好的消除50Hz的工频干扰，并分析比较了各种方法所设计的陷波器性能。
在设计IIR数字陷波器过程中,是用椭圆数字陷波滤波器的设计方法，而FIR数字陷波器的设计主要用窗函数法、频率采样法及等波纹逼近法。
FIR滤波器可以得到严格的线性相位，但它的传递函数的极点固定在原点，只能通过改变零点位置来改变性能，为了达到高的选择性，必须用较高的阶数，对于同样的滤波器设计指标，FIR滤波器要求的阶数可能比IIR 滤波器高5～10倍。
IIR滤波器的设计可以利用模拟滤波器的许多现成的设计公式、数据和表格，计算的工作量较小。
关键词数字陷波器；50Hz工频干扰；IIR和FIR滤波器目录课程设计任务书 (I)摘要 (II)1设计概述 (1)1.1设计背景 (1)1.2设计目的 (1)1.3设计内容及要求 (1)2设计方案及实现 (2)2.1总体方案设计 (2)2.2设计原理 (2)2.2.1数字陷波器原理 (2)2.2.2IIR数字陷波器原理 (3)2.2.3FIR数字陷波器原理 (3)3设计结果分析 (8)3.1IIR数字陷波器设计 (8)3.2FIR数字陷波器设计 (10)3.2.1用窗函数法设计陷波器 (10)3.2.2频率采样法设计陷波器 (12)3.2.3基于切比雪夫等波纹逼近法 (13)4总结 (16)1 设计概述1.1 设计背景在我国采用的是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50Hz的滤除电路
3.5 工频50Hz 的滤除电路工频干扰是经络信号的主要干扰，虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用，但有部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的，且频率处于经络信号的频带之内，加上电极和输入回路不稳定等因素，前级电路输出的经络信号仍存在较强的工频干扰，所以必须专门滤除。
采用如下图所示是有源双T 带阻滤波器，该电路的Q 值随着反馈系数β（0<β<1）的增高而增高，Q 值与β的关系如下：()141Q β=-，调节R 16和R 17的比值可改变Q值。
图3-103.5.1参数计算：1314R R R ==，15/2R R =，C 7=C 8=C ，C 6=2C 先取0.15C F μ=，由公式012R f Cπ=计算得21.23R =KΩ，在软件上模拟后，调整为： 121422R R ==KΩ，8100.15C C F μ==，1312/211R R ==KΩ，9820.33C C F μ==。
3.5.2 Q 值讨论50Hz 陷波器的传递函数为：2202200()(/)s H s Q s ωωω+++p K （s ）= （1） 幅频特性为：2222220()()(/)A Q ωωωωωωω-=-+p K （2），p K ＝1，0ω＝100πrad 。
国家允许交流供电频率在49.5～50.5Hz 范围内，所以50Hz 陷波器的Q 值并不是越高越好，太高时，阻带过窄，若工频干扰频率发生波动，则根本达不到滤除工频干扰的目的。
而Q 值太小时，又可能会滤掉有用信号。
选择3dB 处截止频率为47.5Hz ，52.5Hz ，将1247.5rad ωπ⨯＝，2252.5rad ωπ⨯＝分别代入222222001()2()(/)A Q ωωωωωωω-==-+p K 中计算得，Q 1＝9.74，Q 2＝10.24，所以取 11214()R R R Q =+＝10，R 17＝22M ， R 16＝510K 。
滤除50Hz工频干扰的滤波电路设计_鲁连钢
收稿日期 ：２ ０ １ １—１ ２—２ ０ ， 男 ， 辽宁铁岭市人 ， 高级讲师 ， 主要从事物理学研究 ． 作者简介 ： 鲁连钢 （ １ ９ ５ ９－ ）
鲁连钢
滤除 ５ ０Ｈ ｚ工频干扰的滤波电路设计
９ １
ＲＷ ． 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 ５ ０Ｈ ｚ工频干扰的滤波电路如图 ３ 所示 ， 针对 ５ ０Ｈ ｚ工频及其二次谐波 ， 设计了两个窄带阻带中心频率 ， 分 别为５ 工频干 ０Ｈ ｚ和１ ０ ０Ｈ ｚ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 ５ ０Ｈ ｚ 扰作用的带阻滤波电路 ． 在 ５ ０Ｈ ｚ带阻滤波电路设计中 ， 令 Ｃ Ｃ ０ ． ０ １μ Ｆ， 则 Ｒ Ｒ ３ １ ８ ． ４ｋ Ω，Ｃ １＝ ２＝ １＝ ２≈ ３＝ ， ， ， ， 在 带阻滤波电路设计中 令 则 ０ ． ０ ２μ Ｆ Ｒ １ ５ ９ ． ２ｋ ０ ０Ｈ ｚ Ｃ Ｃ ０ ． ０ ２μ Ｆ Ｒ Ｒ ７ ９ ． ６ｋ Ω． １ Ω Ｃ ３≈ ４＝ ５＝ ５＝ ６≈ ６＝ ０ ． ０ ４μ Ｆ，Ｒ ３ ９ ． ８ｋ ０Ｈ ｚ及 １ ０ ０Ｈ ｚ处 ， 并且阻带带宽 Ω． 调整电位器 ＲＷ１ 、ＲＷ２ ， 使阻带中心频率分别在 ５ ７≈ 在 ２Ｈ ｚ以内 ， 以达到在输出电压ＶＯ 中完全滤除 ５ ０Ｈ ｚ工频信号及其二次谐波干扰的目的 ．
9、50HZ陷波器的选用
对于50Hz 陷波器来说，陷波器的中心频率为50Hz ，中心角频率为100 rad/s 一、50Hz 双T 陷波器1结合可用的电容电阻，决定R 、C 值。
于是先选定C3值约为10/50＝0.2 uF ，于是C1=C2=0.1uF 则可以求出R ：这里可选电阻为R ＝31.8k （考虑电阻精度偏差可选取）R4、Rf 决定了Q 值，Q 值越大，陷波宽带越窄，因此根据公式可知当A<2且接无限近于2时，Q 越大。
于是可知Rf/R4<1且无限接近于1但实际上由于元件精度与及元件非理想元件，这会使得陷波的中心频率不是落在50Hz ，因此为减少实际的误差，Q 不宜取太大于是可选电阻为Rf ＝4.7k ，R4＝4.75k于是可得电路图如下：用ORCAD 仿真可得：从仿真效果来看，中心频率接近与50Hz，且可以有效陷波。
二、可调Q值50Hz双T陷波器由公式可知，R、C的选取与第一个相同，于是可取值为：R=31.8k，C＝0.1uFR1,R2可以用一个4k电位来取代，用来调节Q值。
以下用两种不同比值调试：R1:R2=1:3999时有对应仿真结果：R1：R2＝50：3950时有对应仿真结果：由此可见这种结构的电路可以调节其Q值，从而使调节带宽，当中心频率接近50Hz时，可调节Q，使带宽展宽，从而达到滤除50Hz干扰目的。
三、带通与加法器构成的50Hz陷波器由公式可知，这种滤波器的中心频率确定由C、R1、R2、R5决定，其中2R1=R5，C约为0.2uF，取0.22uF，当R1》R2时，调节R2可以调节中心频率。
于是取R1=200k，R5＝400k，通过计算可得R2＝524.7，用1k的可调电阻就可以使调节中心频率。
于是电路图如下：调试结果：得出较好的滤波效果。