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徐昕

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使用UAF42设计50Hz陷波器

基于UAF42的50Hz陷波器设计与仿真【1】

UAF42是一个集成化的二阶滤波器，可以用来设计复杂的滤波器。众所周知，在滤波器设计时，运放的精度和温度稳定性是关键。UAF42里面集成了两片0.5%精度的1000pF的电容。
在工业应用中，多种场合需要用到50Hz陷波器。本节将介绍使用UAF42设计一个高性能的50Hz陷波器。使用UAF42来设计50Hz陷波器，只需要外加6个电阻即可组成一个50Hz陷波器。如下图所示

UAF42的辅助运放将高通和低通滤波器的输出相加，即得到陷波器。陷波器的陷波频率由下面的公式所决定，其中Alp为低通滤波器的增益，Ahp是高通滤波器的增益。

一般而言，ALP/AHP • RZ2/RZ1=1。因此陷波器的中心频率即为：

其中fo由下式确定：

其中。参考UAF42的数据手册，C=1000pF，则RF=3.1831MΩ。
因此陷波器的中心频率可以由电阻Rf来确定。或都增加电容来确定。电容一般选求NPO电容，或云母电容，或其它低漏电高温度稳定性的瓷片电容。
关于电路的-3dB带宽则由下式来确定

关于-3dB带宽的定义：BW-dB=fH-fL。上式中的Q由辅助运放的增益所决定。进而由Rq的值来设定，如下式：

陷波器的通频带主要受滤波器Q参数的影响。Q参数由辅助放大电路的输入电阻和增益电阻所决定，如下式：

这里需要注意一点，基于UAF42的陷波器电路的陷波中心频fo和滤波器Q参数可以分别设置。


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基于UAF42的50Hz陷波器设计与仿真【2】

上一小节，我们设计出一个基于UAF42的50Hz陷波器。在本 小节，我们将使用免费的仿真软件tiNA对这个电路进行仿真分析。具体原理图如下所示。


其中3.1831M欧的电阻用两个E96标准的电阻串联组成。一个是3.16M欧，另一个为23.09K欧。选用E96标准电阻的主要原因是可以达到1%的精度要求，阻值容易搭配，成本较低。UAF42的电源选用+/-15V供电。
下面对设计的电路进行仿真，下图是设计的陷波器电路的仿真结果。可以看出在50Hz处有约-74dB的衰减。使用软件测量工具计算得其-3dB带宽为8Hz。


上图仅为仿真结果，受到器件精度及实际电路分布参数的影响。此陷波器的性能可能会略有下降。感兴趣的工程师可以制作PCB，实测一下。
注：附件中TINA仿真文件。

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