非線性磁性材料干擾脈沖檢測電路和有源濾波器的設計與調(diào)試

非線性磁性材料干擾脈沖檢測電路和有源濾波器的設計與調(diào)試
一、實驗目的
1、 了解非磁性材料對確定信號的干擾現(xiàn)象。
2、 掌握頻分檢測干擾信號的原理和方法。
3、 學會小信號提取和檢測方法。
4、 學會有源濾波器的設計和調(diào)試方法。
二、實驗要求
1．設計一個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 運放搭試電路并調(diào)試該濾波器。
3。使用該濾波器設計檢測電路：當干擾存在時，用指示燈告警指示，當干擾不存在時
不報警也不顯示。
三、濾波器設計方法
1． 設計電路：設計指標：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二階巴特沃斯低通濾波器級聯(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)值應盡可能接近設計值，當沒有恰當值的元
件時，可用串/并聯(lián)方法獲得。

（2）LM324 有四個運放，本實驗只用其中的兩個運放。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)試就是對所設計的電路進行測試和調(diào)整，觀察電路的頻率響應、放大倍數(shù)
等特性是否符合設計要求，當不符合設計要求時，可適當調(diào)整元件值，使其達到設計要求。
具體方法如下：
（1） 圖7-02 的V1 端接低頻信號源，V2 端接示波器。
（2） 繪頻率響應曲線：信號源頻率置于通帶內(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，逐點描繪曲線，應得到如圖7-05
所示的歸一化頻率響應曲線。圖中4.0KHz 是3dB 截止頻率。所謂3dB 截
止頻率是指當輸出功率從最大值下降到一半時的頻率，此時歸一化幅度從1.0 下降到0.707。

（3） 若實際測得的曲線當幅度下降到0.707 時的頻率不是4.0KHz，此時應微調(diào)
相關元件數(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，應同時加大R1 和R2。若截止頻率偏低，應同時減小R1 和R2。
（5）放大倍數(shù)的調(diào)整：由上述計算公式可知，放大倍數(shù)與R4/R3 的比值有關：

調(diào)整R4,R3 的比值可改變放大倍數(shù)K。當R4=R3 時，K=2。
5.實驗要求
(1)仔細閱讀本實驗指導書，寫出實驗預習報告。實驗預習報告的主要內(nèi)容是(2)計算出
該濾波器的參數(shù)，即各電容、電阻的值，設計好電路的連接線圖。
(3)調(diào)試好所設計的濾波器電路，截止頻率的偏差不得超過0.5KHz.
(4)寫好實驗報告：報告內(nèi)容包括實驗原理，電路設計參數(shù)，調(diào)整過程，頻率響應曲線，
排除故障情況，收獲體會等。
四、干擾信號檢測原理

圖7-1 所示的實驗裝置是由三個線圈組成的，其中A 線圈和B 線圈是串聯(lián)的兩個反向
繞制的的初級線圈，C 線圈是次級線圈。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，次級電壓約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)生的磁場相互抵消，故C 線圈中不會
產(chǎn)生可觀的50HZ 的感應電勢。但事實上由于位置和結(jié)構(gòu)的不對稱性，在c、d 兩端任有稍
微的50HZ 的電壓信號。此時可以稍微調(diào)整A、B、C 三線圈的相對位置，使得示波器在c、
d 兩端觀察到的50HZ 信號最小。

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
50HZ 周期內(nèi)有兩個干擾脈沖，如圖7-2 所示。當撤去該磁條時，干擾脈沖消失。該實驗的
目的就是要檢測出該干擾脈沖，并告警指示。檢測電路的框圖如圖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，以便檢測和驅(qū)動告警電路。
檢測電路由學生自己設計。
（4）實驗參考步驟
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，設計濾波器，濾
去高頻干擾噪聲。
2． 設計干擾脈沖檢測電路和告警電路。
3． 調(diào)試電路。
4． 寫出實驗報告。