“雙 T”陷波濾波器

　　圖 1 中創(chuàng)新的“雙 T”陷波濾波器拯救了這一局面。它由 C 1、C 2、C 3、R 1、R 2、R 3A和 R 3B組成。我需要 2400 Hz 振蕩器，因此選擇了所示的值。在 f陷波Hz處放置陷波的一種方法是使用以下過程和方程：
　　為 C 1、C 2和 C 3                                                選擇值 C (1)
　　并設(shè)置 R 1和 R 2等于 1 / (2π* f切口*C*√3) (2)
　　設(shè) R 3 = R 3A + R 3B等于 12 / (2π* f缺口*C*√3) (3)　　對(duì)該濾波器類型的分析表明，總是存在一個(gè)R 3值，該值產(chǎn)生無限的衰減陷波，而不管其他元件值由于公差而變化。由于直流顯然沒有衰減，這意味著在某個(gè)頻率下可以有從無到無窮大的任何衰減。分析還表明，始終存在低于 f陷波的某個(gè)頻率，此時(shí)相移為 -90°。 R 3的適當(dāng)值使該相移與f osc處 A osc的必要衰減一致。圖 2給出了當(dāng) R 3B變化時(shí)濾波器的某些相位和增益幅度響應(yīng)的感覺。表1涉及各種衰減A osc下-90°相移的振蕩和陷波頻率以及R 3值。

　　圖 2雙 T 陷波濾波器的響應(yīng)。為了模擬與理想值的實(shí)際差異，對(duì)于 2400 Hz f osc ，隨機(jī)選擇電容器值在 10 nF 的 1% 范圍內(nèi)，R 1和 R 2在理想值的 0.1% 范圍內(nèi)。計(jì)算產(chǎn)生 130 dB 陷波深度的 R 3值，并用它和幾個(gè)稍大的 R 3值顯示結(jié)果。對(duì)于各種 R 3值，-90° 相移以及 65 至 130 dB 的衰減是明顯的。
　　衰減，分貝1 - f osc /f陷波NO tol = 1 - f osc /f陷波
　　-900.01%-0.01%
　　-800.03%-0.02%
　　-700.11%-0.05%
　　-600.35%-0.18%
　　-501.07%-0.56%
　　表 1.各種 A osc衰減下，振蕩相對(duì)于陷波頻率的變化以及 -90° 相移的 R3 值的變化。
　　知道 f osc和 A osc的值，f notch的值可以從表 1 中計(jì)算出來。由此，電容器和電阻器 R 1和 R 2的值可以從方程（1）和（2）計(jì)算出來。對(duì)于R 1和R 2為0.1%的電阻器以及1%的電容器，f陷波將保持在容差乘積S tol = 1 +/- 1.01*1.001 ≈ 預(yù)期值的1.1%的范圍內(nèi)。請(qǐng)注意，無論元件容差如何，始終可以選擇添加與 R 1或 R 2串聯(lián)的電位器。該電位器加電阻器的總值應(yīng)具有以等式 (2) 值為中心的 S tol范圍。應(yīng)選擇 R3A 和 R3B 的值和公差，以便將 R3 調(diào)整到等式 (3) 值的S tol - NO tol （參見表 1）范圍內(nèi)。
　　值得注意的是，對(duì)于更知名的雙 T 陷波濾波器 [3]，我無法僅通過改變單個(gè)電阻值來同時(shí)滿足相位和衰減要求。即使這是可能的，雙 T 中的電容器也很方便地相同，而雙 T 的值比為 2 的要求限制了電容器的選擇。這也是一個(gè)值得一提的好時(shí)機(jī)，聚苯乙烯電容器提供最低的諧波失真[4]，非金屬化聚丙烯是次要選擇。
　　確定振蕩幅度
　　當(dāng)然，房間里的大象是我還沒有提到的--建立振蕩幅度的要求。實(shí)現(xiàn)此目的的一種方法是將 R 3電阻??器加電位器與非線性電阻器并聯(lián)，該非線性電阻器的值與信號(hào)電平成反比。不幸的是，任何此類非線性都會(huì)增加諧波失真。因此，選擇專為低諧波失真音頻應(yīng)用設(shè)計(jì)的非線性元件是有意義的。 NE570（圖 1 中所示的 SA571 的改進(jìn)版本）是一款低諧波失真壓縮器/擴(kuò)展器 IC，適用于音頻應(yīng)用 [5]。該部件的框圖如圖 3所示?！　D 3 SA571 和 NE570 壓擴(kuò)器 IC 的功能框圖，由 On Semiconductor 提供。

　　可以看出，該部件具有“Delta G”單元，其電流增益由整流器的電容濾波輸出控制。圖 1 中兩個(gè)功能的電容耦合輸入通過我添加的電阻器連接，以降低功能的操作級(jí)別。它們由 LME49720 運(yùn)算放大器 U 2A的輸出驅(qū)動(dòng)。 （SA571/NE570 附帶的運(yùn)放為 741 型，不宜用于 THD 極低的應(yīng)用。其輸出端與 20K 電阻 R3 一端可懸空。其反相輸入端與 U 的反相輸入端相連。2A。）請(qǐng)注意 1.8V 參考電壓，它是 Delta G 電池和 U 2A的兩個(gè)輸入不可避免的直流工作電壓。
　　SA571/NE570 是雙部件，使用輔助單元。其整流器電容器引腳接地以禁用其輸入浮動(dòng)的 Delta G 單元。其 R 3的未使用側(cè)連接至其運(yùn)算放大器輸出，以產(chǎn)生穩(wěn)定的 3 VDC 電源。該源驅(qū)動(dòng)圖 1 R 10電位計(jì)，為 THD 調(diào)整引腳提供電流。調(diào)整R 10以消除由Delta G 單元（并且可能由U 2A ）產(chǎn)生的少量二次諧波失真。為了便于攜帶，我用電池為電路供電，并添加了 LED，以防止新的 9V 電池超過運(yùn)算放大器的 +/-18V 最大電源額定值。 SA571 的 30k 電阻將運(yùn)算放大器反相輸入連接到地是不可避免的。通過圖 1 的 R 3，它將運(yùn)算放大器的輸出偏置到大約 4.5 V((≈45k/30k + 1)*1.8 V)。通過將一個(gè)電阻器從 3V 電源連接到 U 2A的反相輸入（圖 1 電路中未提供），可以降低該電平。無論有或沒有這個(gè)附加電阻，請(qǐng)記住在輸出電解電容器 C 5上保持適當(dāng)?shù)闹绷髌谩?br>　　選擇在 NE570 輸入處添加的無源組件，可以將 R 3調(diào)整為 U 2A的 3 Vrms 輸出，其數(shù)據(jù)表表明該運(yùn)算放大器在該電平上表現(xiàn)出最低的 THD。
　　測(cè)量畸變
　　為了測(cè)量失真，我通過使信號(hào)通過第二個(gè)雙 T 濾波器（每個(gè)電阻都串聯(lián)一個(gè)電位器）來衰減振蕩器輸出的基波。通過依次費(fèi)力地調(diào)整每個(gè)電位器，我能夠?qū)⒒ㄋp 70 dB。濾波后的輸出應(yīng)用于 SR770 頻譜分析儀，該分析儀可以精確測(cè)量 80 dB 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的信號(hào)。通過調(diào)整 THD 電位器以最小化二次諧波電平，我測(cè)量了振蕩器諧波的電平并對(duì)每個(gè)頻率處的濾波器衰減進(jìn)行了校正（參見表2）。然后，我獲取了針對(duì)濾波器衰減校正后的電平的均方根。第二個(gè)雙 T 濾波器，THD 低于振蕩器基波 130 dB 以上。
　　諧波數(shù)濾波器衰減，dB
　　211.81
　　36.54
　　45.14
　　53.78
　　72.78
　　92.49
　　表 2雙 T 濾波器的高次諧波衰減，如文中所述進(jìn)行調(diào)諧，以最大限度地提高振蕩器基波的衰減。