非线性磁性材料干扰脉冲检测电路和有源滤波器的设计与调试

非线性磁性材料干扰脉冲检测电路和有源滤波器的设计与调试
一、实验目的
1、 了解非磁性材料对确定信号的干扰现象。
2、 掌握频分检测干扰信号的原理和方法。
3、 学会小信号提取和检测方法。
4、 学会有源滤波器的设计和调试方法。
二、实验要求
1．设计一个VCVS(压控电压源)型四阶巴特沃斯低通滤波器的参数；
2．用LM324 运放搭试电路并调试该滤波器。
3。使用该滤波器设计检测电路：当干扰存在时，用指示灯告警指示，当干扰不存在时
不报警也不显示。
三、滤波器设计方法
1． 设计电路：设计指标：截止频率fc=4.0KHz,放大倍数K=2，阶数N=4.
（1）二阶巴特沃斯低通滤波器如图7-01 所示。

（2）四阶巴特沃斯低通滤波器是由两个二阶巴特沃斯低通滤波器级联而成，如图7-02 所示。

（3）二阶巴特沃斯低通滤波器归一化传输函数H(s)为

（1）按图7-01 电路连接电路,元件数值应尽可能接近设计值，当没有恰当值的元
件时，可用串/并联方法获得。

（2）LM324 有四个运放，本实验只用其中的两个运放。注意采用双电源供电，4
脚接+12V 电源，11 脚接-12V 电源，公共端接地。连接示意图7-04 如下。

4.电路调试
所谓电路调试就是对所设计的电路进行测试和调整，观察电路的频率响应、放大倍数
等特性是否符合设计要求，当不符合设计要求时，可适当调整元件值，使其达到设计要求。
具体方法如下：
（1） 图7-02 的V1 端接低频信号源，V2 端接示波器。
（2） 绘频率响应曲线：信号源频率置于通带内的某一频率，保持输出幅度在某
一合适数值不变，用示波器观察输出幅度，逐点描绘曲线，应得到如图7-05
所示的归一化频率响应曲线。图中4.0KHz 是3dB 截止频率。所谓3dB 截
止频率是指当输出功率从最大值下降到一半时的频率，此时归一化幅度从1.0 下降到0.707。

（3） 若实际测得的曲线当幅度下降到0.707 时的频率不是4.0KHz，此时应微调
相关元件数值，使3dB 截止频率正好是4.0KHz。具体方法如下：
（4）若截止频率偏高，应同时加大R1 和R2。若截止频率偏低，应同时减小R1 和R2。
（5）放大倍数的调整：由上述计算公式可知，放大倍数与R4/R3 的比值有关：

调整R4,R3 的比值可改变放大倍数K。当R4=R3 时，K=2。
5.实验要求
(1)仔细阅读本实验指导书，写出实验预习报告。实验预习报告的主要内容是(2)计算出
该滤波器的参数，即各电容、电阻的值，设计好电路的连接线图。
(3)调试好所设计的滤波器电路，截止频率的偏差不得超过0.5KHz.
(4)写好实验报告：报告内容包括实验原理，电路设计参数，调整过程，频率响应曲线，
排除故障情况，收获体会等。
四、干扰信号检测原理

图7-1 所示的实验装置是由三个线圈组成的，其中A 线圈和B 线圈是串联的两个反向
绕制的的初级线圈，C 线圈是次级线圈。C 线圈置于A、B 两线圈的正中下方。
串联的A、B线圈的两端a、b 连接到交流220V降压变压器的次级，次级电压约4V/50HZ。
由于串联的A、B 线圈的重叠边电流方向相反，所产生的磁场相互抵消，故C 线圈中不会
产生可观的50HZ 的感应电势。但事实上由于位置和结构的不对称性，在c、d 两端任有稍
微的50HZ 的电压信号。此时可以稍微调整A、B、C 三线圈的相对位置，使得示波器在c、
d 两端观察到的50HZ 信号最小。

若在该装置下置下一条非晶磁性材料（如图7-1 所示），则可用示波器观察到在一个
50HZ 周期内有两个干扰脉冲，如图7-2 所示。当撤去该磁条时，干扰脉冲消失。该实验的
目的就是要检测出该干扰脉冲，并告警指示。检测电路的框图如图7-3 所示。

噪声滤波的作用是滤去C 线圈输出信号中的高频噪声，优化磁性材料干扰脉冲。限幅
放大的作用是提升干扰脉冲的幅度，使之变成陡峭的脉冲信号，以便检测和驱动告警电路。
检测电路由学生自己设计。
（4）实验参考步骤
1． 用示波器观察C 线圈输出的磁性材料干扰脉冲，并根据噪声情况，设计滤波器，滤
去高频干扰噪声。
2． 设计干扰脉冲检测电路和告警电路。
3． 调试电路。
4． 写出实验报告。