低通滤波器的讨论

低通滤波器的讨论

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低通滤波器的讨论.doc
问：
工控网友 ：罗  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
图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（12ma是4-20ma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。
图1
图2
图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。三极管的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0～5v或0～10v的输入电压转换成4～20ma,0～20ma,5～25ma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3，4，5，9，10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，3，5，9，10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，c1，c2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=（2~5）hz
          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    选1μf
           c2=0.437μf    选0.47μf
   第二组：c1=2.184μf    选2.2μf
           c2=1.092μf    选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/(6.28×0.671×51000×10负6次方)
             =4.653hz
   第二组：fl=1/(2π×co×ro)
             =1/(6.28×1.571×51000×10负6次方)
             =1.987hz
   基本满足设计要求的（2~5）hz 范围。具体电路见（图三）。
[URL=uploadfile2/200831922253928.bmp][/URL]
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：
在2010-08-17 17:12:44，罗  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！
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