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基于UAF42的50Hz陷波器設(shè)計(jì)與仿真【1】

UAF42是一個集成化的二階濾波器，可以用來設(shè)計(jì)復(fù)雜的濾波器。眾所周知，在濾波器設(shè)計(jì)時，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，多種場合需要用到50Hz陷波器。本節(jié)將介紹使用UAF42設(shè)計(jì)一個高性能的50Hz陷波器。使用UAF42來設(shè)計(jì)50Hz陷波器，只需要外加6個電阻即可組成一個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，C=1000pF，則RF=3.1831MΩ。

因此陷波器的中心頻率可以由電阻Rf來確定。或都增加電容來確定。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。

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基于UAF42的50Hz陷波器設(shè)計(jì)與仿真【2】

上一小節(jié)，我們設(shè)計(jì)出一個基于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對這個電路進(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E96標(biāo)準(zhǔn)的電阻串聯(lián)組成。一個是3.16M歐，另一個為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。可以看出在50Hz處有約-74dB的衰減。使用軟件測量工具計(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略有下降。感興趣的工程師可以制作PCB，實(shí)測一下。

編輯：jq