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經(jīng)常會碰到50/60Hz干擾破壞電路和狀態(tài)。最好的解決辦法是防止這種干擾發(fā)生。通常的方法是屏蔽，或放置在沒有50/60Hz場的位置。下面以惠斯登電橋傳感器測量肌肉的收縮率為例來說明防止干擾的方法。 圖1示出曾用過的系統(tǒng)。傳感器的輸出是很小的。用6V電池，其靈敏度因數(shù)是5UV/V/gf(1gf或1克力是980達因力)，克-力在0.5和2之間，收縮率脈沖輸出為15UV~60UV。電橋是差分輸出，所以必須用差分放大器處理。傳感器兩條輸出線用2線纜線屏蔽，經(jīng)很長距離（大約3.5米）到記錄器的差分輸入。  實際的差分輸入不足真正的差分。它像示波器那樣，是一個2通道裝置。用通道A和B，使'A-B'輸入做為偽差分函數(shù)。 盡管纜線是屏蔽的，但在輸入放大器中的微小差分會產(chǎn)生共模電壓，此電壓對記錄器來說是一個有效的輸入信號。由房間電源線輻射的50/60Hz場導致50/60Hz信號進入傳感器電路。對于微小的輸入信號，任何50/60Hz都是致命的。 圖2示出一種消除A-B偽差分問題的系統(tǒng)，把一個增益100dc差分放大器（CA3140運放）放置在傳感器末端，用單芯同軸纜線連接到記錄器單端放大器的一個輸入。用圖2的系統(tǒng)使得50/60Hz完全沒有出現(xiàn)。  實際情況不總是能避免50/60Hz信號。此時，必須用濾波方法去掉50/60Hz信號。 假若輸入信號允許，則可用高通或低通濾波器。任何信號都有諧波，而這些諧波在濾波器通帶內(nèi)必須減弱。對于最大頻率分量20Hz或更低的信號，用低通濾波器衰減50/60Hz信號是足夠的。同樣，假若信號頻率遠遠高于50/60Hz，由需要高通濾波器。 陷波濾波器。消除頻帶內(nèi)不需要頻率的通用的方案是陷波濾波器。陷波濾波器的頻率響應應示于圖3。這種濾波器類似于阻帶濾波器，但其在中心頻率Fc附近的抑制頻帶是很窄的。 陷波濾波器的帶寬BW是兩個-3dB點間的頻率差，以陷波響應外0dB為基準，BW為FH-FL(見圖3)。 波濾波器的"銳度"是帶寬窄變的量度，用濾波器的'Q'值標定。Q定義為中心頻率Fc與帶寬的比： Q=Fc/BW (1) 例如，陷波濾波器的中心頻率為60Hz，-3dB點頻率為58Hz和62Hz（4Hz帶寬），則Q為60/4=15。 陷波濾波器不能去掉全部不需要的信號，但能抑制其大小。陷波深度確定抑制度，共定義是電路在陷波外頻率F06的增益與陷波頻率的增益之比。 假定在兩個頻率的相等輸入信號電平可以檢測（注意，大多數(shù)信號發(fā)生器的輸出電平隨頻率改變而變化），則從兩個不同頻率的濾波器輸出電壓可以計算陷波深度： 陷波深度=20logVfc/V06 (2) 雙T形陷波濾波器網(wǎng)絡。陷波濾波器最流行的一種形式是雙T形濾波器網(wǎng)絡（見圖4）。 它由兩個T形網(wǎng)絡C1/C3/R2和R1/R3/C2構成。如果電路設計和元件選擇合適，用雙T形結(jié)構可以很容易地達到-30~-50dB陷波深度。良好的匹配和元件選擇可使抑制達到-60dB。 網(wǎng)絡的中心陷波頻率為： 可用下列關系式簡化上式： C1=C3=C R1=R3=R C2=2C R2=R/2 其頻率方程簡化為： Fc=2πRC （4） 上式中F為Hz, R為Q，C為F。 在計算值時，一般慎重地選擇電容值，然后計算所需的電阻值。這樣做的原因有二，有很多標準電阻值可選；可以很容易地用電位器調(diào)節(jié)電阻值，而調(diào)節(jié)電容器比較困難。 這種濾波器的一個問題是：陷波深度是所含元件兩個因素的函數(shù)。其一，元件值非常接近計算值；其二，它們緊密地搭配在一起。例如，用0.15UF和17684元件值設計一個60Hz陷波濾波器，可選擇高精度0.15UF電容器，而電阻器是18k，5％金屬膜電阻。在60Hz其陷波深度僅10dB，但在58Hz則為48dB。失配導致陷波頻率顯著的頻偏。 用雙T形思路可以設計可調(diào)頻率的陷波濾波器，但沒有一個是可接受的有用方案。實現(xiàn)這種方案需要3個聯(lián)動的、匹配的電位器或3個聯(lián)動的電容器。這樣其中一個變化數(shù)值會引起其他2個值的變化，從而引起跟蹤問題。 有源雙T形陷波濾波器。用有源器件如運放可以實現(xiàn)有源頻率選擇的濾波器。有源濾波器電路（圖5和圖6）中"雙T形網(wǎng)絡用簡化的框圖表示，它有三個端口：'A'，'B'，和'C'。在圖5中雙T形網(wǎng)絡與一個任選輸入緩沖放大器和一個強制性的輸出緩沖放大器級聯(lián)。這些放大器是用做非倒相運放跟隨器電路。 用緩沖放大器的目的是與外界隔離網(wǎng)絡。對于低頻應用，運放可選741，1458或類似型號。對于高頻應用，即截止頻率高于3KHz, 可用非頻率補償器件，如CA-3130或CA-3140。在圖5中，雙T形網(wǎng)絡的端口C是連接到輸出緩沖放大器輸出端的公共點。電路中的反饋網(wǎng)絡由電阻器Ra和電容器Ca組成。雙T形網(wǎng)絡中的R和C值由方程式4結(jié)出；而Ra和Ca值由下式給出： Ra=2RQ (5) Ca=C/Q (6) 下面舉例說明濾波器設計，設計60Hz陷波濾波器，Q為8. 1.選擇C值為0.01uF 2.從面給出的方程式計算R值：265392 3.計算R/2:265392/2=132696 4.C2=2C=(2)(0.01uF)=0.02Uf 5.選擇Ra=2QR=(2)(8)(265392)=4.24K 6.選擇Ca=C/Q=0.01uF/8=0.0013uF 根據(jù)上面給出的元件值就可設計出陷波濾波器。 圖6所示電路是一個可變Q控制的陷波濾波器。在此電路中，一個非倒相跟隨值可以從1到50變化。器IC3連接在Ra和Ca所處的反饋回路中。陷波Q由10k電位器R2設置。Q陷波濾波器的另一種方式示于圖7。此電路有時稱之為回轉(zhuǎn)陷波濾波器。 陷波頻度由下式給出： 方程式（7）可簡化為： 假若滿足下列條件： R3/R1=R2/Ra+Rb=R2/2R 則可以用CaCbRa任一元件調(diào)諧濾波器。大多數(shù)情況，Ca可變而Cb是大數(shù)值固定電容器。 電路中1500pF可變電容器可用并聯(lián)電容器實現(xiàn)，如用一個100pF微調(diào)電容器與1000pF和470pF電容器并聯(lián)構成所需的1500pF電容。 當用任何濾波器去除一個波形的成分時必須小心。假若濾波器不是高Q型的，則會有很多的信號成分被去掉。在醫(yī)學心電圖系統(tǒng)中，信號成分從0.05到100Hz，而60Hz正好在此范圍的中心。在心電圖系統(tǒng)中，引線必須連接到人體上，在人體的末端不是屏蔽的。但對來自60Hz的干擾是有保證的，除非發(fā)生特殊情況。但濾波會去掉有助于醫(yī)生做心電圖的信號成分，在萬不得以的情況才用濾波。在醫(yī)學心電圖儀放大器中，濾波器通常是開關型的，這樣在電路中可以用濾波器也可以不用它。 |
