為什么會有工頻干擾_工頻干擾產(chǎn)生原因及解決方案 - 全文

工頻干擾使我們在開發(fā)設(shè)計之中常見的現(xiàn)象，工頻干擾為何會產(chǎn)生？如何解決呢？下文給你帶來詳細(xì)介紹。

工頻干擾產(chǎn)生原因

示波器的低頻輸入阻抗是很高的。對于高頻信號，由于輸入電容的容抗下降，輸入阻抗就會下降。由于示波器探頭的饋線較長，所以，雖然外層是具有屏蔽層的同軸電纜，但對于丁頻這么低的頻率，幾乎沒有屏蔽作用。于是，對于工頻來說，探頭的饋線就相當(dāng)于“天線”，會撿拾工頻電磁波中的電場干擾，在顯示屏上顯示出工頻干擾的波形，且幅度很大（可達(dá)十幾伏特）。

如果將探頭的探針與地線短接，則顯示屏上的波形就會消失。這是因為線間的阻抗下降到零阻抗。實際上，凡是低頻高阻抗的測量儀器，都會對工頻干擾產(chǎn)生反應(yīng)（T頻干擾本身也是很強的干擾源）。

那么，在用示波器進(jìn)行測量時，工頻干擾對測量結(jié)果會有什么影響呢？對一般的被測電路而言，其輸出阻抗大多比較低，故工頻干擾的影響一般反映不出來。即當(dāng)示波器的探頭與輸出阻抗較低的被測電路相連時，顯示屏上的工頻干擾波形會消失。絕大多數(shù)的情況下是這樣的。但是，如果被測電路測試點的阻抗很高肘（例如高達(dá)幾百千歐姆），這種影響就會變得顯著了。例如要測量一個場效應(yīng)管放大器輸入端的波形，當(dāng)把測試點選為其輸入耦合電容之后的場效應(yīng)管的柵極，盡管放大器的輸入端所接的信號源的阻抗可能很低。但是，由于場效應(yīng)管放大器的輸入電容的容量一般很小（一般為零點幾微法或者更?。?，對于工頻來說，阻抗很高，場效應(yīng)管的輸入阻抗也很高，此時工頻干擾的影響將會使測量無法進(jìn)行，必須采取某些措施來消除工頻干擾的影響。

工頻干擾解決方案

應(yīng)該說數(shù)字濾波器可以有效減小50Hz工頻的干擾，完全消除是不可能的。以20ms為最小單位的整倍數(shù)周期濾波，可以有效減少工頻的干擾。

我們知道，設(shè)計數(shù)字濾波器，和模擬濾波器的實質(zhì)，其實就是求一組系數(shù)，逼近要求的頻率響應(yīng)。模擬濾波器已經(jīng)很成熟，因此，數(shù)字濾波器的設(shè)計，將S平面映射到Z平面就型。采用雙線性變化法映射，可以避免多值映射產(chǎn)生的混疊現(xiàn)象。但這有個問題就，模擬域和數(shù)字域兩者的角頻率是非線性的。

平滑濾波器

平滑濾波器是數(shù)字濾波中較早使用的方法，該算法簡單，處理速度快，濾波效果較好，但存在明顯不足，通帶較窄，影響有用信號的分析，有嚴(yán)重削峰，設(shè)計方法略。

陷波器 notch 濾波器

陷波器，是IIR數(shù)字濾波器，有signal notch 濾波器，即單一頻率陷波器，以及comb notch濾波器，即梳妝濾波器。

陷波器是無限沖擊響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器，該濾波器可以用以下常系數(shù)線性差分方程表示：

式中： x（n）和y（n）分別為輸人和輸出信號序列； ai和bi為濾波器系數(shù)。

對式（1）兩邊進(jìn)行z變換，得到數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)為：

式中： zi和pi分別為傳遞函數(shù)的零點和極點。

由傳遞函數(shù)的零點和極點可以大致繪出頻率響應(yīng)圖。在零點處，頻率響應(yīng)出現(xiàn)極小值；在極點處，頻率響應(yīng)出現(xiàn)極大值。因此可以根據(jù)所需頻率響應(yīng)配置零點和極點，然后反向設(shè)計帶陷數(shù)字濾波器。

帶阻濾波器

多帶濾波器

multiband，屬于直接型 FIR濾波器，我們可以用Matlab設(shè)計出multiband 陷波器。

巴特沃斯帶阻濾波器

巴特沃斯帶阻濾波器又稱簡單整系數(shù)帶阻濾波器，其原理為一個全通網(wǎng)絡(luò)，減去一個具有相同延遲和增益的窄帶線性相位FIR濾波器，得到一個具有尖銳陷波特性的陷波濾波器。阻帶下限截止頻率fc1 = 49 Hz，阻帶上限截止頻率fc2 = 51 Hz，就可以消除50 Hz 的工頻干擾。但這種方式，無法濾除50Hz的K此諧波。

首先設(shè)計一個中心頻率為50Hz的窄帶帶通濾波器

為了保證2cosw2值為整系數(shù)，則w2只能取pi/3，pi/2，2pi/3，但我們采樣率為500Hz，因此，再增加一對共軛極點。位置為w = 2pi * 50 / 500，z = e^j* 4 * pi/5處

簡單起見，先取K = 1，為了使分子分母是整系數(shù)，則M應(yīng)是5的奇數(shù)倍。

所以最終的頻率響應(yīng)函數(shù)為：

式中，e的冥應(yīng)該是5.不是4.

其中心頻率pi/5處，取得最大值（2p + 1），因此全通濾波器系數(shù)為2p+1，為使得通帶幅值為1，則除以2p+1，最后的濾波器頻率特性為：

p的選取，決定阻帶寬度，越大，則阻帶越窄。取P= 50，則阻帶1Hz，考慮到電網(wǎng)的活動，取p= 24，但這使得通帶波紋增大，故而，增加K。