非線性磁性材料干擾脈沖檢測(cè)電路和有源濾波器的設(shè)計(jì)與調(diào)試

非線性磁性材料干擾脈沖檢測(cè)電路和有源濾波器的設(shè)計(jì)與調(diào)試
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>1、 了解非磁性材料對(duì)確定信號(hào)的干擾現(xiàn)象。
2、 掌握頻分檢測(cè)干擾信號(hào)的原理和方法。
3、 學(xué)會(huì)小信號(hào)提取和檢測(cè)方法。
4、 學(xué)會(huì)有源濾波器的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。
二、實(shí)驗(yàn)要求
1．設(shè)計(jì)一個(gè)VCVS(壓控電壓源)型四階巴特沃斯低通濾波器的參數(shù)；
2．用LM324 運(yùn)放搭試電路并調(diào)試該濾波器。
3。使用該濾波器設(shè)計(jì)檢測(cè)電路：當(dāng)干擾存在時(shí)，用指示燈告警指示，當(dāng)干擾不存在時(shí)
不報(bào)警也不顯示。
三、濾波器設(shè)計(jì)方法
1． 設(shè)計(jì)電路：設(shè)計(jì)指標(biāo)：截止頻率fc=4.0KHz,放大倍數(shù)K=2，階數(shù)N=4.
（1）二階巴特沃斯低通濾波器如圖7-01 所示。

（2）四階巴特沃斯低通濾波器是由兩個(gè)二階巴特沃斯低通濾波器級(jí)聯(lián)而成，如圖7-02 所示。

（3）二階巴特沃斯低通濾波器歸一化傳輸函數(shù)H(s)為

（1）按圖7-01 電路連接電路,元件數(shù)值應(yīng)盡可能接近設(shè)計(jì)值，當(dāng)沒有恰當(dāng)值的元
件時(shí)，可用串/并聯(lián)方法獲得。

（2）LM324 有四個(gè)運(yùn)放，本實(shí)驗(yàn)只用其中的兩個(gè)運(yùn)放。注意采用雙電源供電，4
腳接+12V 電源，11 腳接-12V 電源，公共端接地。連接示意圖7-04 如下。

4.電路調(diào)試
所謂電路調(diào)試就是對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整，觀察電路的頻率響應(yīng)、放大倍數(shù)
等特性是否符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整元件值，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
具體方法如下：
（1） 圖7-02 的V1 端接低頻信號(hào)源，V2 端接示波器。
（2） 繪頻率響應(yīng)曲線：信號(hào)源頻率置于通帶內(nèi)的某一頻率，保持輸出幅度在某
一合適數(shù)值不變，用示波器觀察輸出幅度，逐點(diǎn)描繪曲線，應(yīng)得到如圖7-05
所示的歸一化頻率響應(yīng)曲線。圖中4.0KHz 是3dB 截止頻率。所謂3dB 截
止頻率是指當(dāng)輸出功率從最大值下降到一半時(shí)的頻率，此時(shí)歸一化幅度從1.0 下降到0.707。

（3） 若實(shí)際測(cè)得的曲線當(dāng)幅度下降到0.707 時(shí)的頻率不是4.0KHz，此時(shí)應(yīng)微調(diào)
相關(guān)元件數(shù)值，使3dB 截止頻率正好是4.0KHz。具體方法如下：
（4）若截止頻率偏高，應(yīng)同時(shí)加大R1 和R2。若截止頻率偏低，應(yīng)同時(shí)減小R1 和R2。
（5）放大倍數(shù)的調(diào)整：由上述計(jì)算公式可知，放大倍數(shù)與R4/R3 的比值有關(guān)：

調(diào)整R4,R3 的比值可改變放大倍數(shù)K。當(dāng)R4=R3 時(shí)，K=2。
5.實(shí)驗(yàn)要求
(1)仔細(xì)閱讀本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，寫出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告的主要內(nèi)容是(2)計(jì)算出
該濾波器的參數(shù)，即各電容、電阻的值，設(shè)計(jì)好電路的連接線圖。
(3)調(diào)試好所設(shè)計(jì)的濾波器電路，截止頻率的偏差不得超過(guò)0.5KHz.
(4)寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告：報(bào)告內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)原理，電路設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)整過(guò)程，頻率響應(yīng)曲線，
排除故障情況，收獲體會(huì)等。
四、干擾信號(hào)檢測(cè)原理

圖7-1 所示的實(shí)驗(yàn)裝置是由三個(gè)線圈組成的，其中A 線圈和B 線圈是串聯(lián)的兩個(gè)反向
繞制的的初級(jí)線圈，C 線圈是次級(jí)線圈。C 線圈置于A、B 兩線圈的正中下方。
串聯(lián)的A、B線圈的兩端a、b 連接到交流220V降壓變壓器的次級(jí)，次級(jí)電壓約4V/50HZ。
由于串聯(lián)的A、B 線圈的重疊邊電流方向相反，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，故C 線圈中不會(huì)
產(chǎn)生可觀的50HZ 的感應(yīng)電勢(shì)。但事實(shí)上由于位置和結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，在c、d 兩端任有稍
微的50HZ 的電壓信號(hào)。此時(shí)可以稍微調(diào)整A、B、C 三線圈的相對(duì)位置，使得示波器在c、
d 兩端觀察到的50HZ 信號(hào)最小。

若在該裝置下置下一條非晶磁性材料（如圖7-1 所示），則可用示波器觀察到在一個(gè)
50HZ 周期內(nèi)有兩個(gè)干擾脈沖，如圖7-2 所示。當(dāng)撤去該磁條時(shí)，干擾脈沖消失。該實(shí)驗(yàn)的
目的就是要檢測(cè)出該干擾脈沖，并告警指示。檢測(cè)電路的框圖如圖7-3 所示。

噪聲濾波的作用是濾去C 線圈輸出信號(hào)中的高頻噪聲，優(yōu)化磁性材料干擾脈沖。限幅
放大的作用是提升干擾脈沖的幅度，使之變成陡峭的脈沖信號(hào)，以便檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)告警電路。
檢測(cè)電路由學(xué)生自己設(shè)計(jì)。
（4）實(shí)驗(yàn)參考步驟
1． 用示波器觀察C 線圈輸出的磁性材料干擾脈沖，并根據(jù)噪聲情況，設(shè)計(jì)濾波器，濾
去高頻干擾噪聲。
2． 設(shè)計(jì)干擾脈沖檢測(cè)電路和告警電路。
3． 調(diào)試電路。
4． 寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。