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博客名称:老信 日志总数:490 评论数量:7565 访问次数:9807224 建立时间::2006年08月07日

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[传感器仪表类] 低通滤波器的讨论精华
老信 发表于:2010/8/19 7:53:54
标签(TAG):

低通滤波器的讨论

详情请看文档:

低通滤波器的讨论.doc

问:

工控网友 "" <hz_rowe@126.com> 写道

信老师:您好!

      从网上得知您是德高望重的老师,工控技术方面很有成就。

      我做了一个对4-20mA的低通滤波器,滤波后的精度想达到0.1%。请教您有什么方案可以达到0.1%的精度。

                                                           在此谢谢您了。

                                                                            罗生

答:

把你的方案发来看看。

问:

您好!

     上次我发过邮件向您求教过, 您要我把方案发给您。我写好。

     我把我做的电路,电路图,想到的方案及分析写在附件中,不知能否达到0.1%的效果。求您指点。

                                                                                   求您指点的人:罗生

4-20mA滤波电路方案

1是我自己做过的电路,制了PCB,且调试过,精度不高。在调试过程中发现有误差,开始觉得R1,R10实际有误差,造成R1,R10不配备。R10我用可调电阻代替,以输入12mA电流(12mA4-20mA的中间值)进行校准,在12mA附近的值还可以。但是到了4-20mA两端的值,就很不好了。我想到的是非线性问题造成的,分析了下电路,R6,R7,R8,R9配备不当?R6,R7,R8,R9是不是实际意义中,有误差,造成R6,R7,R8,R9不成比例。也可能是器件,集成电路造成的非线性问题。

我想了另两种方案:一,电流镜取代图1中电路。二是采用u/I集成芯片取代图1中电路。滤波部份不变。

1

2

2代替图1的虚线部分

三极管是电流型控制器件,Ic=β×Ib,利用此特点设计电路。但在此过程中,由于实际中的三极管可能有不一致性。三极管β值有有很的变化。一般β几百。同时也要考虑三极管的CE,BE的管压降不同。

根据实际应用,采用XTR110.

由于电路必须滤波,XTR110取代图1中的U/I转换分立电路(图1的虚线部分)。

XTR110是美国Burr-Brown公司推出的精密电压/电流变换器,它是专为模拟信号传输所设计的.可用于将05V010V的输入电压转换成420mA,020mA,525mA或其他常用范围的输出电流.此外,其内部精确的+10V参考电压可也用于驱动外部电路.XTR110的主要性能特点如下:

采用标准4~20mA电流传输;

输入/输出范围可选择;通过对345910脚的连接可以改变输入输出,我们的设计只能

采用输入2-10V

,

输出4-20mA

最大非线性误差为0.005%;

带有精确的+10V参考电压输出;可以用于校准,可以在自己设计传感器时不需要考虑电

压,电流源问题。

采用独立电源工作模式,且电压范围很宽(13.5V~40V);我们设计可以采用24V电源。

引脚可编程 根据我们的要求,35910脚接COM端,即接地。

答:

首先你没有讲清楚你的滤除对象是什么?

2db/oct 巴特沃次(最平坦特性)滤波器电路的具体要求你还没有理解!见下文:

低通滤波器电路的选择

为了保证直流信号的有效传送,彻底滤除掉工频信号以及各种杂波噪声对变送器的影响,选用低通滤波器来完成此项任务。同时为了取得平坦的滤波效果,采用2db/oct 巴特沃次(最平坦特性)滤波器电路。

   而滤波电路的Q 值必须≥0.707才能获得最平坦特性。

       Q=[(C1/C2)]/2= 0.707

   为了使Q=0.707左右,C1C2必须建立的关系为

       C1=4Q平方×C2=2C2

   同时电路必须满足以下关系

       Ro=R2=R3

       Co=1/(2π×fL×Ro)

       C1=1.4Co

       C2=0.7Co

       fL=1/(2π×Co×Ro)

   式中    Ro    输出等效电阻

           Co    输出等效电容

           fL     低通截止频率

           2π   2×3.14

   根据以上公式,首先确定低通滤波器的截止频率。

   为了有效的滤除工频信号(50Hz)和外界杂波干扰频率信号,保证直流有用信号的顺利传输,合理的选择低通滤波器的截止频率至关重要。

   通常考虑截止频率为工频的1/10~1/20以下,这里选择≤2~5Hz。即只允许低于2~5Hz以下的交流及直流信号通过,高于2~5Hz以上的所有信号必须彻底隔断阻止通过。

   根据公式   fL=1/(2π×Co×Ro)

   选择   fL=2~5Hz

          Ro=R2=R3=51KΩ

          Co=1/(2π×fL×Ro)

            =1/(6.28×(2~5)×51000)

            =(0.624~1.56)μF

          C1=1.4Co=(0.847~2.184) μF

         C2=0.7Co=(0.437~1.092) μF

    由于电容器的规格容量标称值有一定的限制,这里选择容量接近的标称容量的电容器进行配组:

   第一组:C1=0.847μF    1μF

           C2=0.437μF    0.47μF

   第二组:C1=2.184μF    2.2μF

           C2=1.092μF    1μF

   验证:

   第一组:Co=C1/1.4=0.714μF

           Co=C2/0.7=0.671μF

   第二组:Co=C1/1.4=1.571μF

           Co=C2/0.7=1.429μF

   根据Co=1/(2π×fL×Ro)

            =1/(6.28×(2~5)×51000)

            =(0.624~1.56)μF

   在截止频率为2~5Hz范围内,Co=(0.624~1.56)μF 时,

   第一组按最高截止频率计算,取Co=0.671μF

   第二组按最低截止频率计算,取Co=1.571μF

   验证:根据公式   fL=1/(2π×Co×Ro)

   第一组:fL=1/(2π×Co×Ro)

             =1/(6.28×0.671×51000×106次方)

             =4.653Hz

   第二组:fL=1/(2π×Co×Ro)

             =1/(6.28×1.571×51000×106次方)

             =1.987Hz

   基本满足设计要求的(2~5Hz 范围。具体电路见(图三)。

再验证体通滤波器的Q值是否满足要求:

   第一组:

       Q=[(C1/C2)]/2=[(1/0.47)]/2=[2.128]/2=0.7296

  第二组:

       Q=[(C1/C2)]/2=[(2.2/1)]/2=[2.2]/2=0.7416

       均≥0.707,可以认为成立。

问:

2010-08-17 17:12:44"" <hz_rowe@126.com> 写道:

您好! 您发给我的2-5HZ的滤波电路。我试验了一下,效果蛮好的。我用的是有极性电容。我发现电容的极性,正接,反接没什么影响?,效果一样。但我觉得总有点影响。请您指点。谢谢!

答:

1,正反接没有影响的原因是电压比较低,达不到电容的击穿电压。

2,最好用钽电容。

问:

谢谢您!我正是用的钽电容(钽电容有点贵,呵呵,但我还是用),试验过了,效果不错。只是我发现,正接,反接没影响,所以请教您。谢谢了!


 



回复:低通滤波器的讨论
brianlr 发表于:2012/10/23 10:53:06

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回复:低通滤波器的讨论
jk474 发表于:2012/6/20 9:28:57
以下引用长沙163医院在2012/6/5 6:46:48的评论:

谢谢信老师


不错 学到了知识

 



回复:低通滤波器的讨论
ticketvip 发表于:2012/6/5 6:46:48
谢谢信老师

 



回复:低通滤波器的讨论
herojack 发表于:2012/4/16 12:33:21
信老师功力深厚

 



回复:低通滤波器的讨论
facecerry 发表于:2012/2/21 14:15:46
好东西,谢谢老师了

 



回复:低通滤波器的讨论
natgk 发表于:2011/10/30 21:16:04
好东西,谢谢喽

 



回复:低通滤波器的讨论
shjack 发表于:2011/10/21 16:02:52
谢谢信老师。。。

 



回复:低通滤波器的讨论
ARQUINE(游客) 发表于:2011/9/14 11:23:02

信老师的技术功底如此深厚,是我学习的榜样。


 



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hitxiaojun 发表于:2011/4/22 11:20:42
非常兴奋,能遇到这么好的老师

 



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dykxzj 发表于:2010/11/16 9:13:16
老师的文章都是这么棒,对学习这方面知识的人来说是超级好多资料啊!

 



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