50Hz工频陷波电路图

陷波器的设计和仿真

陷波器1、绪论：设计的目的与意义：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。

令）（ωj G =0.707得到两个截止频率为： ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+=)1(214120m m f f H ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+=)1(214120L m m f f 此时可以得到陷波器的带宽BW 和其Q 值0)1(4BW f m f f L H -=-=)1(410m f f f Q L H -=-= 则只要我们取m 值接近1时，就能得到窄带滤波效果和高Q 值，使陷波器的性能达到最佳。

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 )。

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 。

50Hz陷波器在脑电数据采集系统中的应用

2005年8月重庆大学学报(自然科学版)Aug.2005　第28卷第8期Journal of Chongqing University(Nɑt urɑl Science Edition)Vol.28　No.8 文章编号:1000-582X(2005)08-0025-0350Hz陷波器在脑电数据采集系统中的应用3石　坚,杨永明(重庆大学电气工程学院,重庆　400030)摘　要:脑电数据采集系统中消除50Hz的工频干扰历来是一个技术难题.传统的抑制50Hz工频干扰的方法虽然也能取得一定的效果,但总存在着成本过高和通用性差等缺点,50Hz陷波器的使用可根本解决这个问题.经过反复试验,证实压控电压源(VCVS)陷波器不仅可最大程度地抑制50Hz工频干扰,而且电路的结构简单、级联方便,具有较高的可靠性.并提供了VCVS陷波器在强干扰环境下采集到的脑电波,波形清晰干净.由于50Hz工频干扰几乎存在于所有数据采集系统中,因此这种陷波器具有较强的通用性,可望在其它生物电信号测量的医学仪器及工业测控系统中得到广泛应用.关键词:数据采集系统;脑电波;工频干扰;陷波器中图分类号:TM935.2文献标识码:A 脑电信号频率在0.1～100Hz,其幅值为2～200μV[1].脑电数据采集系统就是将人体脑部自发生物电信号通过脑电极提取出来,再经信号调理、采样、量化、编码、传输,最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程.由于脑电数据采集系统的检测系统是复杂的人体,所以相比一般的数据采集系统复杂,有其特殊性[2].脑电数据采集系统一般处于含有大量电器设备的环境,这些设备周围空间的电磁场频率主要是50Hz .由于工频50Hz干扰落在脑电信号的频带范围之内,而人体本身属于电的良导体,“目标”大,通过脑电检测装置导联线及人体自身的分布电容,电磁干扰尤其是50Hz工频干扰极易引入人体.一般地,脑电信号的输入信噪比在0.0001以下,有用信号几乎完全淹没在噪声中.在脑电采集系统中,限制干扰和噪声比放大信号更有意义[3].脑电数据采集系统的前置级放大电路是其核心部分,普遍采用仪表放大器或三运放构成的差动放大电路,该电路对呈现在输入端的共模干扰具有较强的抑制能力,能有效地改善信噪比,但是由于电路的输入端不仅存在共模干扰,还存在着空间电磁场引起的差模干扰以及因为测量电路不对称而由共模干扰转化而来的差模干扰,这些干扰主要以50Hz的工频干扰出现[4].通过对国内外现有脑电检测系统的调查,传统的抗干扰措施是切断干扰源,开辟专用的具有屏蔽作用的脑电检测室或采取各种屏蔽措施.研究者也侧重于在前置级电路的设计中提高水平,比如采用隔离放大器或提高外电路电阻电容的精度以改进电路对称性,另外采取浮地跟踪电路.这些措施在一定程度上是可以提高电路的抗干扰性能的.但在实际的检测中,开辟专用的脑电检测室降低了脑电采集系统的通用性,隔离放大器的成本过于昂贵,而提高器件的精度并不能有效解决问题,因为器件无法做到绝对对称,实际检测也发现,这种抑制干扰的措施收效甚微.浮地跟踪的抗干扰措施主要用于单通道脑电采集,无法使用于多通道的脑电数据采集系统.部分国内外的脑电图机为了很好地解决这个问题,往往采用30Hz的低通滤波,这种处理方法使电路得到简化,可以在一定程度上减少50Hz的工频干扰,但缺点是会使30～100Hz目前尚未认识到但实际可能存在的脑电信号无法检测到,而且为使50Hz干扰衰减足够倍数,必须提高低通滤波器的阶数,从而使电路变得复杂.50Hz陷波器可通过模拟和数字的2种方式实现,在脑电数据采集系统中所使用的是模拟陷波器,实质上就是带阻滤波电路,是一种特殊的有源RC滤波3收稿日期:2005-04-17作者简介:石坚(1974-),男,四川射洪人,重庆大学硕士研究生,从事生物电测量仪器及生物电信号数字处理的研究.器,用在前置级电路之后的信号调理电路中,这种方式能有效抑制从前置端输入的差模干扰.国内外部分脑电图机采用了50Hz 模拟陷波器,但效果不甚理想,因为陷波器的使用不当会导致有用的脑电信号畸变,脑电波的快波失真,现在研究者多将目光转向数字陷波器的设计,数字陷波器确有其独特优势,但缺点是对控制器的运算速度要求很高,而且系统速度要求也很高,实时性不如模拟陷波器,电路结构也远比模拟陷波器复杂.笔者将本研究所50Hz 模拟陷波器在脑电采集系统中的应用作一介绍[5].1　VCVS 陷波器的电路分析VCVS 陷波器又叫压控电压源陷波器.通常说的50Hz 工频干扰实际上频率并不仅仅是50Hz ,50Hz的整数倍谐波频率的干扰也不能忽视,其幅值比50Hz 的干扰小.另外,50Hz 工频干扰漂移的存在使得包括这个范围的频率都应该视为工频干扰.对于谐波的干扰可通过低通滤波器去掉,而要去掉49.5～50.5Hz 的干扰则需要设计出性能好的陷波器.下面给出笔者在脑电测试中所使用的一种陷波器———VCVS 带阻滤波器[6].电路图如图1所示.图1　50Hz VCVS 陷波器电路图这是一种典型的二阶有源带阻滤波器,其传递函数为:A (s )=1+(sCR )21+2(2-A v )sCR +(sCR )2,中心频率为:ω0=2πf 0=1R C,阻带宽度:B W =ωH -ωL=2(2-A v )ω0,品质因数:Q =f 0Δf =12(2-A v ),式中:A v 为放大增益.这个电路的特点是所用器件少,调试方便.如果陷波深度不够,可采取级联方式提高干扰抑制能力.为验证该电路的陷波能力,利用信号发处理器产生一个50Hz 正弦波,通过该VCVS 陷波器后在示波器上可观察到该正弦波已衰减为一条直线,根据示波器提供的输入输出幅值,可计算出衰减倍数约为10倍(见图2).图2　VCVS 陷波器50Hz 正弦波输入输出波形图2　VCVS 陷波器在脑电数据采集系统中的应用上面提到的VCVS 陷波器虽然陷波深度也不高,但由于电路本身结构简单,多次级联后可明显改善陷波效果,实际应用中可以验证这一点.所以本研究所综合各种情况,在系统设计中优先采用了这种陷波器.对于VCVS 陷波器在脑电采集系统的调理电路中的联结情况可见图3.图3　脑电数据采集系统框图图4-5给出了脑电数据采集系统中去掉VCVS陷波器所采集的原始脑电信号和经过VCVS 陷波器滤波后得到的脑电信号波形图,经过对比可以看出,经过陷波后的脑电信号非常清晰,证明这种陷波器达到了非常好的效果.图4　原始脑电信号波形图图5　利用VCVS 陷波器滤波后脑电信号波形图62重庆大学学报(自然科学版) 2005年3　结　论在脑电数据采集系统中,50Hz 模拟陷波器的应用使脑电波在强干扰环境下的采集变得简便可靠,在本研究所的实际应用中也获得了比较好的效果.就整个系统而言,作为系统核心部分的前置级放大电路依然起着非常关键的作用,从前置级放大电路输出的信号中干扰越小,后级获得的有用信号也就越好,所以在设计中,必须从总体上综合考虑电路的各个组成部分,使其协调配合,此时陷波器的使用才能使系统的采集效果达到最佳.参考文献:[1]　余学飞.医学电子仪器原理与设计[M ].广州:华南理工大学出版社,2000.[2]　赵新民,王祁.智能仪器设计基础[M ].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001.[3]　肖忠祥,孟开元.数据采集原理[M ].西安:西北工业大学出版社,2001.[4]　赵负图.信号采集与处理集成电路手册[M ].北京:化学工业出版社,2002.[5]　陆坤.电子设计技术[M ].成都:电子科技大学出版社,1997.[6]　约翰逊D E.有源滤波器精确设计手册[M ].北京:电子工业出版社,1984.Application of T rap Filter of 50H z in B rain w ave Data Acquisition SystemSHI Jian ,Y ANG Y ong 2ming(College of Electrical Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400030,China )Abstract :It ’s always difficult in technology to eliminate power interference of 50Hz in Brainwave Data Acquisi 2tion System .Though t raditional ways to eliminate it can also gain some effect s ,t hey have drawbacks such as high co st and low currency at all time.The use of t rap filter of 50Hz may solve t he question radically.Through t he aut hors ’repetitious experimentation ,it is proved t hat t rap filter of VCVS not only eliminate power interference of 50Hz fart hest but also have merit s of simple circuit st ruct ure ,convenient coupling and upper re 2liability.The aut hors offer collected brainwave in st rong power interference environment.It may be seen t hat it is very clear and clean.Because power interference of 50Hz exist s in almost all Data Acquisition System ,t his type of t rap filter po ssesses better currency ,it is expected to win extensive application in medical apparat us of measurement of ot her biological elect ricity signals and indust rial observation and cont rol system.K ey w ords :Data Acquisition System ;brain wave ;power interference ;trap filter(编辑　李胜春)72第28卷第8期石　坚,等:　50Hz 陷波器在脑电数据采集系统中的应用。

50HZ自适应陷波器

一课题意义的及要求陷波器也叫带阻滤波器，能保证在其他频率信号不损失的情况下，有效地抑制输入信号中某一频率的干扰。

由于我国采用的是50Hz 的交流电，所以在平时需要对信号进行采集处理和分析时，经常会存在50Hz 工频干扰，对于信号的处理造成很大的干扰，于是，很有必要设计50Hz 的陷波器。

采用自适应滤波组成的陷波器，与一般硬件组成的固定网络的陷波器比较，它既能自适应地准确跟踪干扰频率又容易控制带宽。

在本次设计中，应用自适应滤波器滤除输入随机信号中的50Hz 工频干扰，并分析比较了不同算法在此设计中的优缺点，及在何种参数下效果最优和那一种机构更适合此设计。

二自适应陷波器原理自适应陷波器原理图其原始输入为任意信号s(t)与t 0cos ω单频干扰的叠加，经采样后送入k d 端，k d =k d +)cos(0kt ω。

参考输入分两路，其中一路经︒90向移，两路都经过采样后加到1x 及2x 端，它门分别是)c o s (0,1φω+=kt c x k)sin(0,2φω+=kt c x k所以，采用两个权可以使组合后的正弦波的振幅和相位都能加以调整，而两个权也意味着有两个自由度待调整。

经过k k x w ,1,1与k k x w ,2,2相加得到k y ，其相位和振幅得到相应调整后可与原输入中的干扰分量相一致，使输出k e 中的0 频率的干扰得以抵消，达到陷波的目的。

三结构及方法的选择自适应滤波器的结构有横向滤波器和格型结构，用自适应横向滤波器实现陷波，比较简单且易于实现，而格型滤波器的计算复杂，不易于实际运用。

故本设计中选择横向滤波器结构。

在算法选择方面，分别对LMS 算法，RLS 算法，进行了仿真实验。

比较了其优劣。

四 LMS 算法不同参数的实验结果分析3.1带有50Hz 工频干扰的随机信号及其功率谱图3.2不同步长对输出结果的影响下图依次是u =0.003，u =0.03 u =0. 3时的输出功率谱图观察得出当u比较小，取0.003时，对干扰信号的削弱比较小，对干扰信号临近频率的信号削弱也很小，随着u的不断增大，对50Hz干扰信号的削弱越来越强，但同时对临近信号的影响也越大。

电子线路设计02-50Hz信号陷波电路的设计

电子线路设计与制作
【实验题目】：50Hz工频干扰信号的陷波电路设计与实现
【实验目的】：
通过该题目的设计和制作实践，了解双T型带阻滤波器的一般模型和工作原理，并进行电路的设计和调试，掌握函数信号发生器的使用方法，掌握示波器的使用方法，通过实验结果更加深入理解模拟电子线路及技术的理论，培养学生自己动手进行单元电路设计与制作的能力，增进工程实践能力。

【设计内容及要求】：
①基本设计内容
设计与制作一个50Hz信号的陷波电路，主要技术指标：
1.采用双T型电路实现50hz 陷波功能
2.函数信号发生器选择正弦波档位，输出信号频率范围：30Hz<fo <70Hz
3.使用示波器观察陷波后的波形，实现陷波功能
②设计要求
带有正反馈的双T陷波电路
图1
双T网络电路可视为由两个单T网络并联而成：一个单T网络由两个电阻R 和电容2C组成，是一个低通滤波器；另一个单T网络由余下两个电容C和电阻R/2组成，是一个高通滤波器。

1.电路能够滤除频率为的信号，设计电路并计算所用元件的参数值，如
没有图中所示的阻容参数值，可采用电阻串并联，电容串并联的方法解决。

2.画出50Hz 陷波电路的原理图并进行焊接调试。

3.用函数信号发生器输出规定频率信号给陷波电路，并用示波器观察波形和陷波结
果。

4.撰写实验报告。

50Hz工频陷波电路图图2前置放大器电路A VCC LMC6464主放大电路<无线心电信号采集系统研究>李罗，卢建刚计算机测量与控制英文刊名：COMPUTER MEASUREMENT & CONTROL 年，卷(期)： 2006，14(12)被引用次数： 2次图2 系统原理图图 1 nRF905 模块的高频头用户接口电路管脚[21] 李朝青．无线发送/接收IC 芯片及其数据通信技术选编．北京：北京航空航天大学出版社．2003[26] 张毅刚，彭喜元．单片机原理与应用设计．哈尔滨工业大学出版社．2008，7 NRF905 应用原理图心电信号接收电路图通信电路图3-4 单片机最小系统板显示模块无线射频收发芯片nRF905内置有天线，同时内部集成有调制，解调、编码／解码等功能，故在通信过程中能自动生成前导码和CRC校验，而不需要"接人"网络就能享受通信服务。

本设计根据nRF905的特点设计的无线数据收发系统，经过多次实验证明，其发射端能正确地将数据传送出去；同时，经nRF905发射后，接收端也能正确接收并显示数据，有效通信距离大于200米。

在有障碍物体的混凝土结构的建筑内测试，其有效直线通信距离大于50 m。

此外，该系统采用了比较完善的软件、硬件设计以及抗干扰措施，这样，就可以保证系统工作的安全性和可靠性，并具有通用性，便于投入实际应用，而且稍作改动就可以应用到小区传呼、工业数据采集、生物信号采集，无线遥控等其它一些短距离无线通信领域，以实现无线数据的双向传输，具有较好的市场应用价值。

为了减少电路板对无线射频部分的通信干扰，本系统中所用的nRF905将构成一个最小系统作为一个功能模块，直接以功能模块的形式引出与单片机的接口。

这样既敬爱年少了电路板对无线通信的干扰，又方便了无线模块的更换。

nRF905芯片内部集成了电源管理、晶振、低噪放大器、频率合成器、功放等模块，可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码。

基于双T网络的50Hz陷波电路设计

（）４
Ｃ
舶）— 竺１：ｓ４一 ∞ ２ ∞ １＾：＋＋
其中，ｓ，即
Ｕ￣Ｏ２
－
（４）
图２双Ｔ网络等效三角形连接方式
２
双Ｔ网络带阻滤波器电路的一般形式如图１示，一种对称无所为
ｖｌｅｒｄｕｔｂｅｉｄｓｇｅ．ｈｉｌｔｎｅｐｒｎｎｉａｅａｔｅｃｒｕｔｃｎａｊｓｔｅＱｖｕｓｃｎｉｕｕｌ．ｄｉｈｓｇｏａｕｓａｅａｊｓａｌｓｅｉｎｄＴｅｓａｉｘｅｉｔｉｄｃｔｓｔｔｈｉｉａｄｕｔｈａｅｏｔｏｓａｔａｏｄｍｕｏｍｅｈｃｌｎｙｎ
０引言
网络的传输特性用复变量亩表示。则
．
上我国市电电网供应的电力信号是５Ｈｚ０正弦波，对于从电网获得工作电源的电子设备存在着５Ｈ０ｚ工频干扰。为了抑制或减少５Ｈ０ｚ交流电噪声干扰，常需要在输入电路中加入陷波电路【对于工作频经１］。率较低或需要在室外工作的电子设备，如物探仪器，易于受到外界信将式（）理为式（）形式：１整２的号干扰．多信号放大装置采用了低噪声前置放大和提高共模抑制比很疗（：：ｓ） — （）２的多种方法，在不同环境中实际测量时，往不能完全消除市电电但往源信号的干扰，能达到正常测量的目的。因此在这类设备中普遍采不矿。：用加入陷波电路的方法消除市电电网信号的干扰［对于类似脑电信２１；号、心电信号等低频微弱信号。在放大电路中对５ＨＯｚ干扰进行抑制一直是医疗界研究的一个重要的课题。针对陷波器的不同应用场合需可见，传统对称无源双Ｔ网络在处仅能给出Ｑ值为１，４的陷波要设计不同的陷波电路［６５］以５Ｈ－。所０ｚ陷波器的设计有着十分重要的点。对于许多应用，这样低的Ｑ值是远远不能满足要求的。意义。本文以双Ｔ型带阻滤波器为基础并加入反馈电路设计了Ｑ值１具有正反馈的双Ｔ电路．２

双T型陷波器滤波电路

第二次电子版作业题目：用multisim仿真软件设计心电图电路中双T型50HZ陷波器滤波电路（有源滤波器）。

一、电路介绍及参数计算1、最基本双T型结构陷波器又称带阻滤波器，用于抑制或衰减某一频率段的信号，而让该频段外的所有信号通过。

在进行心电图测量时，常会受到周围50HZ工频干扰，或者由于电极和皮肤接触不良导致严重的50HZ工频干扰使得无法记录心电图，为抑制此类干扰常使用陷波器。

图1 双T网络如图1所示，为典型的RC双T网络，由RC低通滤波器和RC高通滤波器并联而成。

从原理上说，一个截止频率为f1的低通滤波器与一个截止频率为f2的高通滤波器并联在一起，满足条件f1<f2时，即组成带阻滤波器。

当输入信号通过电路时，凡是f<f1的信号均可从低通滤波器通过，凡是f>f2的信号均可以从高通滤波器通过，只有频率范围在f1<f<f2的信号被阻断。

双T网络各器件的值满足如下关系：C1=C2=C，C3=2C；R1=R2=R，R3=1/2R。

上图电路满足如下电路方程式(V1-V2)sC1 = 2V2/R3+( V2-V4)sC2(V1-V2)/R1 = (V3-V4)/R2+V3sC3(V3-V4)/R2 + ( V2-V4)sC2 = 0通过以上四式可得到V4 V1= C2R2s2+1C2R2s2+4CRs+1可以看出上式满足典型的二阶系统特性，所以可得ω0= 1RC2β= 4RCQ = ω02β= 14由于无源双T网络的输入阻抗较小，输出阻抗较大，容易受到电路前后级的影响，特性不是很好，Q值较低，不宜直接使用，通常在双T网络基础上采用运放加上适当反馈构成实用的有源双T陷波器。

2、双T型50HZ陷波器滤波电路（有源滤波器）图2 双T型有源陷波器滤波电路如图2所示，50HZ有源陷波器滤波电路由两个运放和双Ｔ陷波器组成，同时引入负反馈改善选频作用，运放U1既提供反馈环路的增益，同时又起到对双T网络隔离的作用。

心电信号50Hz陷波器的FPGA实现

收稿日期:2009-03-23心电信号50H z 陷波器的FPG A 实现林　霖,张志德(南方医科大学　生物医学工程学院,广东广州510515)〔中图分类号〕TH772+11 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1002-2376(2009)07-0020-03 〔摘　要〕在心电信号(ECG )检测系统中,采集到的心电数据具有信号弱、频率低、干扰大的特点,特别是50H z 的工频干扰。

本文根据IIR 滤波器的原理,设计出用于抑制50H z 工频噪声的陷波器。

利用Matlab 对所设计的陷波器作性能仿真,并根据陷波器的参数编写相应的verilog 程序,最后用Quartus II 对硬件代码进行前仿真,仿真结果显示所设计的陷波器对50H z 工频干扰有良好的滤波效果。

〔关键词〕心电信号;50H z 工频干扰;IIR 滤波器;matlab ;verilog0　导言人体的心电信号是一种低频率的微弱信号,幅度为5～10mV ,频率为0105～250H z 。

整个心动周期信号带宽主要集中在0～58±19H z ,P 波带宽为0～8±3H z ,QRS 波带宽为0～55±19H z ,T 波带宽为0～11±2H z 。

由于心电信号直接取自人体,所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。

常见的干扰有工频干扰、电极极化干扰、肌电干扰、基线漂移和信号处理中所用电设备产生的仪器噪声等。

其中50H z 工频干扰是由电力系统引起的一种干扰,由50H z 及其谐波构成,它在频谱上和心电信号重叠,严重时可完全淹没ECG 心电信号或使基线漂移剧烈。

因此,必须对原始心电信号进行滤波处理,以抑制50H z 工频噪声。

本文运用IIR 滤波器原理设计抑制50H z 工频干扰的陷波器,用matlab 作性能验证。

最后编写相应的verilog 程序,并用Quartus II 对硬件代码进行前仿真。

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%。

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 。

双T型陷波器滤波电路

第二次电子版作业题目：用multisim仿真软件设计心电图电路中双T型50HZ陷波器滤波电路（有源滤波器）。

一、电路介绍及参数计算1、最基本双T型结构陷波器又称带阻滤波器，用于抑制或衰减某一频率段的信号，而让该频段外的所有信号通过。

在进行心电图测量时，常会受到周围50HZ工频干扰，或者由于电极和皮肤接触不良导致严重的50HZ工频干扰使得无法记录心电图，为抑制此类干扰常使用陷波器。

图1 双T网络如图1所示，为典型的RC双T网络，由RC低通滤波器和RC高通滤波器并联而成。

从原理上说，一个截止频率为f1的低通滤波器与一个截止频率为f2的高通滤波器并联在一起，满足条件f1<f2时，即组成带阻滤波器。

当输入信号通过电路时，凡是f<f1的信号均可从低通滤波器通过，凡是f>f2的信号均可以从高通滤波器通过，只有频率范围在f1<f<f2的信号被阻断。

双T网络各器件的值满足如下关系：C1=C2=C，C3=2C；R1=R2=R，R3=1/2R。

上图电路满足如下电路方程式(V1-V2)sC1 = 2V2/R3+( V2-V4)sC2(V1-V2)/R1 = (V3-V4)/R2+V3sC3(V3-V4)/R2 + ( V2-V4)sC2 = 0通过以上四式可得到V4 V1= C2R2s2+1C2R2s2+4CRs+1可以看出上式满足典型的二阶系统特性，所以可得ω0= 1RC2β= 4RCQ = ω02β= 14由于无源双T网络的输入阻抗较小，输出阻抗较大，容易受到电路前后级的影响，特性不是很好，Q值较低，不宜直接使用，通常在双T网络基础上采用运放加上适当反馈构成实用的有源双T陷波器。

2、双T型50HZ陷波器滤波电路（有源滤波器）图2 双T型有源陷波器滤波电路如图2所示，50HZ有源陷波器滤波电路由两个运放和双Ｔ陷波器组成，同时引入负反馈改善选频作用，运放U1既提供反馈环路的增益，同时又起到对双T网络隔离的作用。

脑电信号采集中工频陷波电路的设计

收稿日期:2009-08-10脑电信号采集中工频陷波电路的设计史志怀,万遂人(东南大学　生物科学与医学工程学院,江苏南京210096)〔中图分类号〕TP3 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1002-2376(2009)11-0012-02 〔摘　要〕本文设计了一种实用的工频陷波电路,陷波深度实测可达-32dB ,中心频率点、Q 值调整方便,频率选择性好。

本文对其幅频特性进行了仿真,并在实际电路中对幅频特性进行了测量。

〔关键词〕工频干扰;陷波器;幅频特性0　引言脑电信号属于低频微弱信号,其幅值范围在10μV ～100μV 之间,频率范围在015H z ～100H z 之间。

在数字化脑电图仪中,把脑电信号放大到适宜采集的幅度通常要放大10000倍左右。

然而人体处在一个复杂的电磁环境中,工频50H z 及其谐波辐射到人体产生的电压能达到1V ,虽然通过提高前置放大电路的共模抑比能抑制共模信号,然而还会有相当高的50H z 干扰以差模形式进入到电路中,其幅值最高能达到几毫伏,远大于有用的脑电信号幅值。

因此在放大电路中对50H z 干扰进行抑制就成为一个重要的课题,否则输入信号放大10000倍后,由于50H z 干扰的存在,信号就会在放大器中饱和,造成信号失真。

1　50H z 限波电路如图1所示的50H z 限波电路由两部分组成,第一部是由U1A 及R1、R2、R3、C1、C2组成的多重反馈有源带通滤波器;第二部分是由U1B 及R4、R5、R6组成的加法电路。

图1　50H z 限波电路将多重反馈有源带通滤波器的中心频率点调整为50H z ,信号经过多重反馈有源带通滤波器时,只有50H z 信号能通过,并且相位反向,反向后的50H z 信号在加法电路中与原始信号相加,原始信号中的50H z 信号被抵消,其他频率成分通过,从而达到消除50H z 工频干扰的目的。

该电路巧妙的利用了多重反馈有源带通滤波器良好的频率选择特性和信号通过后相位反向的特性,实现了50H z 信号的限波。

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。

50hz滤波器,有详细参数和公式说明

50Hz 工频信号对信号采集有很大影响，必须除去。

本设计采用双T 有源滤波器来滤除50Hz 的工频信号，电路图如图3-5所示。

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= 0.1uF 和R=33KΩ、C=0.33uF 和R=10KΩ、C=0.33uF 和R=11K Ω以及C=0.33uF 和R=12 K Ω，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。

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。