1、导言
丈量非线性失真一般选用基波按捺法（单音法），可通过基波按捺网络来完结。基波按捺网络即陷波滤波器，可将基波电压重量滤除。常见的有文氏电桥组成的RC陷波电路和双T形电桥组成的陷波电路。
高功用的失真度丈量仪有必要运用高功用的陷渡器，它应能彻底滤除基波而不衰减其他谐波。新式失真度丈量仪发生的基波衰减或陷波深度可达100 dB乃至更大，而对谐波只发生l dB或更小的衰减。要取得这样高的功用，需求Q值很高的滤波器，而且调谐有必要非常准确，一般选用的手动调谐简直无法完结。高功用的失真度丈量仪能够主动调谐到基频，其差错只要百分之几。失真度的丈量首要是规划和挑选高功用的陷波滤波电路。
文氏电桥陷波器是失真度仪规划中最常用的器材，其基波衰减深度一般可达80 dB以上，可是旧式的失真度仪中往往运用手动调谐的方法。在本来的手动调谐文氏电桥陷波网络的基础上进行了改善，规划了智能化数控调谐文氏电桥陷波器。
2、 文氏电桥陷波的原理
由文氏电桥组成的基波按捺电路（陷波器）如图l所示。电桥的元件参数联系为
由于Rl=2R2，对任一频率信号，UAD=Ui/3。由核算可知：当输入信号频率f=fo时，UBD=Ui/3，则UAB=0。此刻，电桥处于平衡状况，输出为O。当输入信号频率f违背fo时，电桥失去平衡，则有电压输出。
文氏电桥无源滤波器电路的挑选特性很差。实践作业中，需求阻带很窄、挑选性很强的陷波器，为此选用文氏电桥组成的有源陷波电路，如图2所示。此刻陷波的频率为l kHz。
Al、A2是电压跟从器组态，均有缓冲阻隔效果，具有高输入阻抗和低输出阻抗特性，对选频电路的谐振频率无影响，A1输出的部分电压反应至A2的同相端，并经A2输出到电桥桥臂。调理Rp可调理反应量，然后改动Q值，以到达锐通带选频效果。若不加正反应，在l kHz邻近二次谐波的特性曲线就会下降，不能进行准确丈量。假如反应量与频率特性有关，用可变电阻器Rp调整；假如衰减特性已调准，Q值已选定，则Rp可换成固定电阻器。在Al的反应回路中参加电阻器R8是为了抵消输入偏流，以减小直流漂移。C3的效果是按捺尖峰脉冲。
当f=fo时，电桥平衡，Al的输出为0；f违背fo时，电桥失衡，有输出电压。因而该电路能按捺基波，使谐波通过。
若取fo=l kHz，C=0.01μF，由R=l/2πfoC来核算R，求得R=15 kΩ。A1、A2均为集成运算放大器，可选NE5532A型。
高Q值的陷波器挑选性好。但中心频率fo易偏移，会引起较大的丈量差错，因而，丈量失真度时可选用二级乃至三级串联调谐规划，使之具有中心频率为±1％的衰减带宽。
3、体系模块
智能化数控调谐文氏电桥陷波器包括陷波频率调谐文氏电桥、有效值检波器、A/D采样电路和单片机操控电路，如图3所示。
在体系中，一个不知道频率的信号输入文氏电桥之后，在某一个频率点进行陷波，通过有效值检波电路对文氏电桥输出的剩余信号进行有效值检波；A/D采样电路对检波后发生的直流电压进行采样，转化成数字信号，而且将数据传输到单片机；单片机对此数据进行判别，当收集到的直流电平为最小值时，文氏电桥的谐振中心频率正好是所需的陷波频率（即最挨近基频）；假如收集到的直流电平不是最小值，那么单片机将操控改动文氏电桥的电阻和电容，使其中心频率挨近基频。通过以上进程完结了文氏电桥陷波器的智能化数控调谐。
图3中的文氏电桥是在图2的基础上进行了改善。图2中的R、C不再由单一值的电阻器和电容器组成，C由并联的电容网络构成，电阻R由数控电位器替代，R和C能够由单片机操控。
检波的效果是将文氏电桥输出的剩余信号转化为可检测的数值，提供给模数转化器进行采样并转化成数字信号。
A/D采样电路的效果是对有效值检波输出的模仿信号采样，转化成数字信号，然后由单片机进行处理。
单片机操控电路首要完结采样后数据的处理、电容档的挑选（操控继电器的通断）和数控电位器的操控。
4、 体系规划与完结
4.l 文氏电桥
体系硬件电路中最要害的部分是文氏电桥。体系整体电路结构如图4所示。本体系的意图是完结主动调谐陷波，因而，有必要改善对文氏电桥谐振中心频率起决定性效果的R和C，从固定值变成可在必定规模内主动改动的改动量。考虑到双联可变电容器较难购买，且双联可变电阻自身又不非常准确、运用起来也不是很便利，所以选用分档电容器完结谐振中心频率粗调，数控电位器完结细调的计划。运用一般的独石电容器，容值大的可用CBB电容器。选用比较简单购买的100抽头X9C103型数控电位器，X9C103与单片机的接口是3总线方法，3个操控端口别离为U/D、INC和CS，实践规划中，3个端口别离与单片机的P2.O、P2.1和P2.2相连。X9C103的滑动头带有40 Ω的固定阻值，因而其实践阻值改动规模是40Ω~10040Ω，步进量为100Ω。
分档电容器与继电器相连。运用双刀单掷继电器，每个继电器操控2个容值相同的电容器。继电器作为图4中的开关，平常处于常断状况，由单片机操控继电器的通断以接通所需的电容档，7档电容对应7个继电器，别离与单片机P1.0-P1.6口相连。各档电容值的选取在此电路中适当重要，首要要考虑能否使频率调谐规模掩盖体系要求的整个频带，每档电容对应必定规模的频率，在单片机选定电容档后，数控电位器的步进对应于频率的步进量要小，以减小陷波中心频率和基频之间的差错。在文氏电桥作业时，之后一档电容被选通，这样可减小继电器对RC谐振网络的搅扰。考虑到以上3点，通过核算及实践证明，在lOHz～1 MHz频率规模内选取了7档比较适宜的电容，如表1所示。
4.2 检波与A/D转化
考虑到在失真度丈量中输入信号自身便是不规矩的失真信号，而由分立元件组成的有效值检波电路是在检测出信号的峰值后依照必定的联系核算得出有效值，一般只能用于检测规矩信号（比如正弦波等信号），输出差错比较大，不适用于失真度仪，所以本体系沟通检测信号-直流有效值的转化选用了AD536型转化电路。AD536是美国ADI公司推出的专门用于真有效值-直流转化的单片集成电路。它的功用与混合或模数器材适当乃至更优，而价格则低得多。AD536A可直接核算出任何包括直流的沟通重量的杂乱输入波形的真有效值，并将其转化成直流输出信号。AD536A可广泛用于规范正弦波或非周期、非正弦且叠加直流电平的各种噪声及机械传感信号的准确丈量。为了减小输出中的纹波成分，最好运用后向滤波器，如图4中的R9、C18和C19起到了滤波效果。
在本体系中有必要对每次文氏电桥谐振频率调整后的输出信号进行丈量，并与前后的丈量相比较，有了上述真有效值检波，就能够直接检测陷波后信号有效值的巨细。笔者运用ADC0809型通用8位并行模/数转化器将检波后的直流信号转化为2进制数据由单片机处理。ADC0809有8路模仿输入通道，本体系只需运用一路。ADC0809的8位数据输出端与单片机的P0口相连，CLK信号与单片机的ALE口相连，CE和START别离与单片机的P2.6和P2.7口相连，EOC与单片机的INT0端口相连。由于在本体系之前现已规划了1个ALC（主动电平操控）电路，对输入文氏电桥的电压幅值进行合理操控，所以ADC0809的参阅电压可取5 V，选用LM336-5型集成稳压电源即可。
4.3 单片机操控
本体系选用了AT89C51型单片机。不管从本钱、处理速度或存储容量考虑，选用AT89C51都是很合理的。通过核算可知，当电容比较小时，数控电位器每改动100 Ω时的对应频率改动量比较大，为了缩短调谐时刻，程序规划沉着值最小的电容器开端顺次扫描，搜索适宜的陷波中心频率。
体系启动后，单片机程序首要初始化（即电容值选取0.22 nF，数控电位器为最小值40 Ω），然后单片机操控ADC0809进行采样，读取P0口数据进行处理。先对整个体系进行粗扫，也便是说先不改动数控电位器的阻值，只进行电容换档，当程序扫描完整个7档电容后，对ADC0809的数据进行比较，取最小值对应的电容档作为体系所需求的档。接着再用数控电位器进行准确扫描，X9C103有100个抽头，但不可能再扫100次。在笔者编写的程序中，设定扫描到1个数值之后再扫5个数值，假如这5个数值
都比前面那个数值大，那么那个数值便是最小值，其对应的数控电位器值便是所需的，体系就会安稳。X9C103接口是3总线式，通信协议比较简单，编程较便利。图5所示为本体系的软件流程。
5 、结束语
本文叙说了失真度丈量仪中基波按捺网络的规划，为了能很好完结其功用，规划并制作了智能数控调谐文氏电桥陷波器，一级文氏电桥陷波器尽管陷波深度还不错，能够到达60 dB以上，可是其陷波频带不行宽，而多级串联可完结陷波频带的展宽，一般三级陷波即可具有非常好的功用。陷波器相同适用于其他相似的场合。
责任编辑：gt
