50Hz工频信号陷波器设计

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 )。

50Hz陷波器电路
为避免50Hz交流市电干扰，加入一个50Hz陷波器电路，可以专门针对在50Hz附近的频率作用（如右图）。

主体电路分为两个部分。

前一个部分为陷波部分，采用“双T”式接法，可以看成是一个二阶带阻滤波电路。

R9，R10和C6以及C4，C5和R11分别决定两个滤波截止频率。

其中，R11可以看作是两个33K的电阻并联后的结果，C6可以看作是两个0.1uF的电阻并联后的结果，因此可以等效成对应的对称滤波电路。

电路高端截止频率和低端截止频率相等，均由2πRC决定，其中R=33K，C=0.1uF，可求得f1=f2=50Hz，所以该电路可以专门针对50Hz的信号起作用。

后一个部分为一个集成运算放大器，选用LM324。

下面我们通过示波器及波特仪仿真看看效果，连线如下：
下面我们看看仿真结果：先看看示波器输出：
很明显，输入的50HZ，VP-P=10V信号被大幅度衰减，输出峰值不到1V。

再看看系统的波特图：
通过波特图也可以明显看出系统对50HZ的陷波。

【另：通过波特图可以很清楚的知道为什么起名叫“陷波器”】。

2.3.2 50Hz 陷波器为避免50Hz 交流市电干扰，加入了一个50Hz 陷波器电路，可以专门针对在50Hz 附近的频率作用（图2-9）。

除去作为信号耦合电容的C3之外，主体电路分为两个部分。

前一个部分为陷波部分，采用“双T ”式接法，可以看成是一个二阶带阻滤波电路。

R9，R10和C6以及C4，C5和R11分别决定两个滤波截止频率。

其中，R11可以看作是两个33K 的电阻并联后的结果，C6可以看作是两个0.1uF 的电阻并联后的结果，因此可以等效成对应的对称滤波电路。

电路高端截止频率和低端截止频率相等，均由2πRC 1决定，其中R=33K ，C=0.1uF ，可求得f1=f2=50Hz ，所以该电路可以专门针对50Hz 的信号起作用。

后一个部分为一个集成运算放大器，同样选用LM324，主要是为了给信号提供有源反馈，提高信号质量。

实际测量中，由于元件精度的不确定性，导致其匹配精度不高，该电路的中心频率略有偏移，大致在46Hz 左右。

因为并不会太过影响脉搏波信号，同时也可以一定程度的避免50Hz 干扰，所以基本满足实际要求，但是对有效信号也有一定的衰减，大约为0.2V 左右，基本可以接受。

图2-9 50Hz 陷波器电路原理图陷波电路虽然前端采用集成化器件已经有了很高的共模抑制比，但由于它不能消除干扰以及后级电路再次引入50Hz 工频干扰，在电路的最后部分仍需加入50Hz 陷波器，其可以采用双T 带阻滤波器，其品质因数与反馈系数有一定比例关系Q=)1(41β-但并不是品质因数越大越好，品质因数越大，其β也越大，电路将出现不稳定甚至自激振荡，本部分选为R=32K Ω,C=0.1uF 。

f=RC π21=49.7Hz,实际取R=30Ω,f ＝53.1Hz ，适当运用电阻误差，可以将其近似调整为50Hz 左右。

变位器调到0.5K Ω，β＝29.5/30=0.98,Q=12.5 50Hz 陷波器:由于检测信号中存在的主要干扰信号有电极板与人之间的极化电压,50Hz 工频干扰,仪器内部噪声和仪器周围电场,磁场, 电磁场的干扰等等,要想获得清晰稳定的心电信号，心电放大器中前置放大器与滤波器的设计很关键，特别是50Hz 的陷波器尤为重要。

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。

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。

50hz陷波器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解50Hz陷波器的基本原理，掌握其电路构成及工作原理。

2. 学生能掌握陷波器的设计方法，包括电路参数的计算和元件的选择。

3. 学生了解50Hz陷波器在实际应用中的功能，如消除电力线干扰等。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计并搭建一个简单的50Hz陷波器电路。

2. 学生能够运用示波器、信号发生器等仪器，测试陷波器的性能，并分析测试结果。

3. 学生能够通过团队合作，解决在设计过程中遇到的问题，提高实际操作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对电子技术的兴趣，增强学习动力，培养创新意识。

2. 学生在学习过程中，养成积极思考、主动探究的良好习惯。

3. 学生通过合作学习，培养团队精神，提高沟通与协作能力。

本课程针对高中电子技术课程，结合学生已有知识基础和认知特点，注重理论与实践相结合，培养学生实际操作能力和团队协作精神。

通过本课程的学习，学生能够掌握50Hz陷波器的设计与应用，为后续电子技术课程打下坚实基础。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 50Hz陷波器的基本原理：介绍陷波器的作用、原理，以及其在电子技术中的应用。

2. 陷波器电路构成及工作原理：详细讲解陷波器的电路构成，包括电阻、电容、运算放大器等元件的作用，以及陷波器的工作原理。

3. 电路参数计算与元件选择：教授如何根据实际需求计算陷波器的电路参数，并指导学生进行元件的选择。

4. 50Hz陷波器设计方法：分析不同类型的陷波器设计方法，以实例形式讲解具体设计步骤。

5. 陷波器性能测试与评估：介绍测试陷波器性能的仪器及方法，如示波器、信号发生器等，并教授如何分析测试结果。

6. 实际应用案例分析：通过分析陷波器在实际应用中的案例，使学生更好地理解其功能。

教学内容安排和进度：1. 第1课时：50Hz陷波器基本原理及作用。

2. 第2课时：陷波器电路构成及工作原理。

3. 第3课时：电路参数计算与元件选择。