基于集成化的二階濾波器UAF42設(shè)計(jì)50Hz陷波器

UAF42是一個(gè)集成化的二階濾波器，可以用來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜的濾波器。本文介紹了如何基于UAF42設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的50Hz陷波器，并使用免費(fèi)的仿真軟件TINA對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行了仿真分析，供工程師參考和學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)

眾所周知，在濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)放的精度和溫度穩(wěn)定性是關(guān)鍵。UAF42里面集成了兩片0.5%精度的1000pF的電容。

在工業(yè)應(yīng)用中，多種場(chǎng)合需要用到50Hz陷波器。本節(jié)將介紹使用UAF42設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的50Hz陷波器。使用UAF42來(lái)設(shè)計(jì)50Hz陷波器，只需要外加6個(gè)電阻即可組成一個(gè)50Hz陷波器。如下圖所示

UAF42的輔助運(yùn)放將高通和低通濾波器的輸出相加，即得到陷波器。陷波器的陷波頻率由下面的公式所決定，其中Alp為低通濾波器的增益，Ahp是高通濾波器的增益。

一般而言，ALP/AHP ? RZ2/RZ1=1。因此陷波器的中心頻率即為：

其中fo由下式確定：

其中

參考UAF42的數(shù)據(jù)手冊(cè)，C=1000pF，則RF=3.1831MΩ。

因此陷波器的中心頻率可以由電阻Rf來(lái)確定?；蚨荚黾与娙輥?lái)確定。電容一般選求NPO電容，或云母電容，或其它低漏電高溫度穩(wěn)定性的瓷片電容。

關(guān)于電路的-3dB帶寬則由下式來(lái)確定

關(guān)于-3dB帶寬的定義：BW-dB=fH-fL。上式中的Q由輔助運(yùn)放的增益所決定。進(jìn)而由Rq的值來(lái)設(shè)定，如下式：

陷波器的通頻帶主要受濾波器Q參數(shù)的影響。Q參數(shù)由輔助放大電路的輸入電阻和增益電阻所決定，如下式：

這里需要注意一點(diǎn)，基于UAF42的陷波器電路的陷波中心頻fo和濾波器Q參數(shù)可以分別設(shè)置。

仿真

上一小節(jié)，我們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)基于UAF42的50Hz陷波器。在本小節(jié)，我們將使用免費(fèi)的仿真軟件TINA對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行仿真分析。具體原理圖如下所示。

其中3.1831M歐的電阻用兩個(gè)E96標(biāo)準(zhǔn)的電阻串聯(lián)組成。一個(gè)是3.16M歐，另一個(gè)為23.09K歐。選用E96標(biāo)準(zhǔn)電阻的主要原因是可以達(dá)到1%的精度要求，阻值容易搭配，成本較低。UAF42的電源選用+/-15V供電。

下面對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，下圖是設(shè)計(jì)的陷波器電路的仿真結(jié)果?？梢钥闯鲈?0Hz處有約-74dB的衰減。使用軟件測(cè)量工具計(jì)算得其-3dB帶寬為8Hz。

上圖僅為仿真結(jié)果，受到器件精度及實(shí)際電路分布參數(shù)的影響，此陷波器的性能可能會(huì)略有下降。感興趣的工程師可以制作PCB，實(shí)測(cè)一下。