張成懷
(河北科技大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院,河北 石家莊 050018)
電子設(shè)備通常會(huì)受到各種電磁干擾,干擾包含傳導(dǎo)干擾和輻射干擾,傳導(dǎo)干擾又包含共模干擾和差模干擾[1-5],由于共模干擾信號(hào)和差模干擾信號(hào)產(chǎn)生的機(jī)理和耦合途徑不同,需要設(shè)計(jì)不同的濾波器來(lái)進(jìn)行抑制[6-8].一對(duì)模擬信號(hào)既含有共模成分又含有差模成分,所以需要將信號(hào)的共模和差模成分進(jìn)行分離[9-10],然后采取相應(yīng)措施對(duì)其中無(wú)用信號(hào)加以抑制.已知文獻(xiàn)大多對(duì)高頻信號(hào)的共模和差模成分進(jìn)行分離研究,沒(méi)有對(duì)低頻信號(hào)的共模和差模成分的分離做專(zhuān)門(mén)研究.本文中,筆者基于集成運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)了一個(gè)將低頻模擬信號(hào)的共模成分和差模成分分離的新電路.
集成運(yùn)算放大器的輸入端具有“虛短路”和“虛斷路”的特征[11-12],如果給運(yùn)算放大器引入負(fù)反饋,使集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū),該電路可對(duì)直流信號(hào)和50 kHz及其以下的低頻信號(hào)完成各種運(yùn)算,包括加法運(yùn)算、減法運(yùn)算等[13].
圖1 一對(duì)相對(duì)于地的模擬信號(hào)ui1和ui2Fig.1 A Pair of Analog Signals ui1 and ui2 Relative to Ground
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圖2 加法運(yùn)算電路Fig.2 Addition Operation Circuit
圖3 減法運(yùn)算電路Fig.3 Subtraction Operation Circuit
表1 電壓相量和的取值Tab.1 The Value of the Voltage °V
根據(jù)圖2,由電路仿真軟件Multisim構(gòu)建仿真電路,頻率為1 kHz的加法運(yùn)算仿真電路如圖4所示,頻率為50 kHz的加法運(yùn)算仿真電路如圖5所示,運(yùn)放為理想運(yùn)放,用萬(wàn)用表測(cè)量電路的輸出電壓有效值.
圖4 頻率為1 kHz的共模輸出的加法運(yùn)算仿真電路Fig.4 Addition Operation Simulation Circuit with Common Mode Output with 1 kHz Frequency
圖5 頻率為50 kHz的共模輸出的加法運(yùn)算仿真電路Fig.5 Addition Operation Simulation Circuit with Common Mode Output with 50 kHz Frequency
表2 共模輸出電壓有效值Uo1的仿真結(jié)果Tab.2 The Simulation Result of Common Mode Output Effective Value Uo1
根據(jù)圖3,由仿真軟件Multisim構(gòu)建仿真電路,頻率為1 kHz的減法運(yùn)算仿真電路如圖6所示,頻率為50 kHz的減法運(yùn)算仿真電路如圖7所示,運(yùn)放仍然為理想運(yùn)放,用萬(wàn)用表測(cè)量電路的輸出電壓Uo2.
圖6 頻率為1kHz的差模輸出的減法運(yùn)算仿真電路Fig.6 Subtraction Operation Simulation Circuit with Differential Mode Output with 1 kHz Frequency
圖7 頻率為50 kHz的差模輸出的減法運(yùn)算仿真電路Fig.7 Subtraction Operation Simulation Circuit with Differential Mode Output with 50 kHz Frequency
表3 差模輸出電壓有效值Uo2的仿真結(jié)果Tab.3 The Simulation Result of Differential Mode Output Effective Value Uo2
隨著社會(huì)的高速發(fā)展,電磁環(huán)境變得越來(lái)越復(fù)雜,電子設(shè)備會(huì)受到來(lái)自各方面的干擾,包括共模干擾和差模干擾,要抑制共模和差模干擾,需要設(shè)計(jì)不同的濾波器.干擾信號(hào)通常包含共模成分和差模成分,基于集成運(yùn)放構(gòu)建了一個(gè)加法運(yùn)算電路和一個(gè)減法運(yùn)算電路,用來(lái)將低頻模擬信號(hào)的共模成分和差模成分進(jìn)行分離,同時(shí)檢測(cè)了共模成分和差模成分的強(qiáng)度,電路仿真的結(jié)果和理論值相符,結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的電路在較寬的頻段上是有效的.