什么是陷波滤波器

凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算陷波滤波器了。陷波滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对陷波滤波器的研究和生产历来为各国所重视。下面就来具体了解下陷波滤波器

陷波滤波器简介

用在电路上滤除不需要的频率的信号，比如在带通滤波器通频带的边缘外加陷波器，通常是串联一个并联谐振回路，或并联一个串联回路，它们的谐振频率就是要滤除的频率，在电视机电路中频部分很常见。
天线中的陷波器：如版主所说，7MHZ的波长是40米，如果用偶极天线，应该每边长10米，天线就谐振了。而14MHZ的波长是20米，同样是偶极天线，每边应该是5米。如果同一根天线要既能工作于波长40米，又要能工作于20米，就需要在每边10米的偶极天线5米的地方加陷波器，一般也是并联回路。

陷波滤波器原理

陷波器是一种特殊的带阻滤波器,其阻带在理想情况下只有一个频率点,因此也被称为点阻滤波器.这种滤波器主要用于消除某个特定频率的干扰,例如,在各种测量仪器和数据采集系统中用于消除电源干扰的工频陷波器.数字陷波器一般为IIR滤波器.由于陷波器频率特性的特殊性,它除了可采用双线性变换进行设计外,还可以采用所谓零极点配置的方法进行设计.

一个理想的点阻滤波器的频率特性要在消除的信号频率点处,其值等于零;而在其他频率点处,其值等于1.由于数字滤波器的频率特性就是其单位冲激响应在单位圆上的Z变换,因此只需要在单位圆上相应于所需带阻滤波器阻带位置的频率处设置零点,就可以使滤波器的频率特性在所需阻带频率处为零.但是仅仅进行零点设置只考虑到了滤波器的阻带特性.为了得到非常陡峭的过渡带和常数幅度的通带特性,必须在Z平面上为每一个零点再配置一个相应的极点.Z平面单位圆附近的零点会在滤波器幅频特性的相应频率处产生陷落,零点离单位圆越近,陷落越深;而Z平面单位圆附近的极点会在滤波器幅频特性的相应频率处产生凸峰,极点离单位圆越近,凸峰越高.因此在完成了零点的配置后,为了抵消零点引起的陷落对滤波器通带范围内幅频特性的影响,还需要再配置相应的极点,由于滤波器稳定性的要求,极点必需配置在单位圆内,显然极点离单位圆越近则极点对零点的抵消作用越明显,得到的滤波器的阻带就越窄,过渡带就越陡峭.

公式为:H(z)=(z-z01)(z-z02)/(z-zp1)(z-zp2)

陷波滤波器电路图及原理

只滤除或衰减特定的频率时，可使用陷波滤波器，例如用它滤除电源频率引起的交流声、滤除基波后测量波形失真率等。采用双T电路时，如果采用大的Q值，无用的频率附近的信号也会跟着衰减，因此陷波器的Q值要求可变。

电路工作原理
 
双T电路由3个电阻、3个电容组成，基本上是双对称型的。单个无源滤波元件其衰减特性Q=0.25，具有很好的宽频响应特性。
参数确定：R2=R3，C1=C2，R4=R2/2，C2=2C1，FO=1/2πR2.C1，在衰减极点处谐振。如果偏离以上条件就不能获得最大衰减量，同时须注意各种元件的误差。

OP放大器A1~A3均起缓冲放大器的作用，A2用来加正反馈，以改变阻抗，反馈量由R5和R6的分压值确定。无反馈时的Q为0.25，如果设反馈的Q为Q’则：
 
增加可变电阻VR1，然后可设定Q的可变范围。电路图中列出的参数是按Q=1~10，RT≈10K计算出的结果，VR1的滑动触点方向是靠近R1时Q值增大。

关于陷波频率的设定：首先应选定电容器，E6系列中没有容量正好成2倍增长的产品，因此C3可用与C1相同的两个电容并联而成。

元件的选择

OP放大器应选用适应陷波频率的产品，50/60HZ的陷波滤波器可使用通用OP放大器。电阻可采用误差为±1%的金属膜电阻。确定了所需的Q值之后，如果不再需要调整，最好去掉VR1，因为即使加了VR1，一边观察频率特性，一边调整也是相当困难的。

C1~C3用聚酯薄膜电容，最好选用误差为±1%以内的产品，不过也可以从误差±5%的元件中挑选，再用电阻值微调。
 
应用说明

为了与50HZ、60HZ电源频率相对应，可以更换双T电路，或者把本电路的陷波滤波器作成50HZ和60HZ两级串联。如果使用频率限制滤波器测量失真时，可进行3级串联调谐设计，使之具有中心频率±1%的衰减带宽。
 
陷波滤波器的应用

图1中表示的4边桥式电路，如果其输入输出不是平衡电路则不能正确的动作，但如果使用平衡输出变压器和差动放大器，电路就会变得复杂化。这里如图2所示，用在桥式电路中插人OP放大器的方式进行实验。
图1 利用OP放大器的实用文式电桥电路
 
在此电路中OP放大器的反相输入(-IN)虚地，输出端子上可得到dd的电压，与图1等价。
图2是此电路的fo＝1kHz时的增益一相位特性。它表示了在特定频率fo附近增益大幅度下降的陷波滤波器的特性。但这样由于其在值零频率处的衰减很小，所以2次、3次的高次谐波的误差变大，在失真率测定等的用途方面不能实用。
 
图2 使用OP放大器的文式电桥电路的增益一相位特性…变成带阻滤波器

随着电子工业的发展，对滤波器的性能要求越来越高，功能也越来越多，并且要求它们向集成方向发展。我国滤波器研制和生产与上述要求相差甚远，为缩短这个差距，电子工程和科技人员负有重大的历史责任。