基于集成化的二階濾波器UAF42設計50Hz陷波器

　　UAF42是一個集成化的二階濾波器，可以用來設計復雜的濾波器。本文介紹了如何基于UAF42設計一個高性能的50Hz陷波器，并使用免費的仿真軟件TINA對這個電路進行了仿真分析，供工程師參考和學習。

　　設計

　　眾所周知，在濾波器設計時，運放的精度和溫度穩定性是關鍵。UAF42里面集成了兩片0.5%精度的1000pF的電容。

　　在工業應用中，多種場合需要用到50Hz陷波器。本節將介紹使用UAF42設計一個高性能的50Hz陷波器。使用UAF42來設計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的數據手冊，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定性的瓷片電容。

　　關于電路的-3dB帶寬則由下式來確定

　　關于-3dB帶寬的定義：BW-dB=fH-fL。上式中的Q由輔助運放的增益所決定。進而由Rq的值來設定，如下式：

　　陷波器的通頻帶主要受濾波器Q參數的影響。Q參數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，基于UAF42的陷波器電路的陷波中心頻fo和濾波器Q參數可以分別設置。

　　仿真

　　上一小節，我們設計出一個基于UAF42的50Hz陷波器。在本小節，我們將使用免費的仿真軟件TINA對這個電路進行仿真分析。具體原理圖如下所示。

　　其中3.1831M歐的電阻用兩個E96標準的電阻串聯組成。一個是3.16M歐，另一個為23.09K歐。選用E96標準電阻的主要原因是可以達到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。

　　下面對設計的電路進行仿真，下圖是設計的陷波器電路的仿真結果?？梢钥闯鲈?0Hz處有約-74dB的衰減。使用軟件測量工具計算得其-3dB帶寬為8Hz。

　　上圖僅為仿真結果，受到器件精度及實際電路分布參數的影響，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，實測一下。