摘要
测量非线性失真一般采用基波抑制法(单音法)，可通过基波抑制网络来实现。基波抑制网络
即陷波滤波器，可将基波电压分量滤除。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。
关键词：数控调谐，文氏电桥，陷波器
1 引言
测量非线性失真一般采用基波抑制法(单音法)，可通过基波抑制网络来实现。基波抑制网络
即陷波滤波器，可将基波电压分量滤除。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。
高性能的失真度测量仪必须使用高性能的陷渡器，它应能完全滤除基波而不衰减其他谐波。
新式失真度测量仪产生的基波衰减或陷波深度可达100 dB 甚至更大，而对谐波只产生l dB
或更小的衰减。要获得这样高的性能，需要Q 值很高的滤波器，而且调谐必须非常准确，
通常采用的手动调谐几乎无法实现。高性能的失真度测量仪可以自动调谐到基频，其偏差只
有百分之几。失真度的测量主要是设计和选择高性能的陷波滤波电路。
文氏电桥陷波器是失真度仪设计中最常用的器件，其基波衰减深度一般可达80 dB 以上，但
是老式的失真度仪中往往使用手动调谐的方式。笔者在原来的手动调谐文氏电桥陷波网络的
基础上进行了改进，设计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抑制电路(陷波器)如图l 所示。电桥的元件参数关系为Rl=2R2，
C1=C2=C，R3=R4=R
此时，电桥的抑制频率为
因为 Rl=2R2，对任一频率信号，UAD=Ui/3。由计算可知：当输入信号频率f=fo 时，UBD=Ui/3，
则UAB=0。此时，电桥处于平衡状态，输出为O。当输入信号频率f 偏离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选择特性很差。实际工作中，需要阻带很窄、选择性很强的陷波
器，为此采用文氏电桥组成的有源陷波电路，如图2 所示。此时陷波的频率为l kHz。
Al、A2 是电压跟随器组态，均有缓冲隔离作用，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 输出的部分电压反馈至A2 的同相端，并经A2 输出到电桥桥
臂。调节Rp 可调节反馈量，从而改变Q 值，以达到锐通带选频作用。若不加正反馈，在l kHz
附近二次谐波的特性曲线就会下降，不能进行准确测量。如果反馈量与频率特性有关，用可
变电阻器Rp 调整；如果衰减特性已调准，Q 值已选定，则Rp 可换成固定电阻器。在Al 的
反馈回路中加入电阻器R8 是为了抵消输入偏流，以减小直流漂移。C3 的作用是抑制尖峰
脉冲。
当 f=fo 时，电桥平衡，Al 的输出为0；f 偏离fo 时，电桥失衡，有输出电压。因此该电路
能抑制基波，使谐波通过。
若取 fo=l kHz，C=0.01μF，由R=l/2πfoC 来计算R，求得R=15 kΩ。A1、A2 均为集成运
算放大器，可选NE5532A 型。
高 Q 值的陷波器选择性好。但中心频率fo 易偏移，会引起较大的测量误差，因此，测量失
真度时可采用二级甚至三级串联调谐设计，使之具有中心频率为±1％的衰减带宽。
3 系统模块
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
和单片机控制电路，如图3 所示。
在系统中，一个未知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残余信号进行有效值检波；A/D 采样电路对检波后产生的直流电
压进行采样，转换成数字信号，并且将数据传输到单片机；单片机对此数据进行判断，当采
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(即最接近基
频)；如果采集到的直流电平不是最小值，那么单片机将控制改变文氏电桥的电阻和电容，
使其中心频率接近基频。通过以上过程实现了文氏电桥陷波器的智能化数控调谐。
图 3 中
测量非线性失真一般采用基波抑制法(单音法)，可通过基波抑制网络来实现。基波抑制网络
即陷波滤波器，可将基波电压分量滤除。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。
关键词：数控调谐，文氏电桥，陷波器
1 引言
测量非线性失真一般采用基波抑制法(单音法)，可通过基波抑制网络来实现。基波抑制网络
即陷波滤波器，可将基波电压分量滤除。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。
高性能的失真度测量仪必须使用高性能的陷渡器，它应能完全滤除基波而不衰减其他谐波。
新式失真度测量仪产生的基波衰减或陷波深度可达100 dB 甚至更大，而对谐波只产生l dB
或更小的衰减。要获得这样高的性能，需要Q 值很高的滤波器，而且调谐必须非常准确，
通常采用的手动调谐几乎无法实现。高性能的失真度测量仪可以自动调谐到基频，其偏差只
有百分之几。失真度的测量主要是设计和选择高性能的陷波滤波电路。
文氏电桥陷波器是失真度仪设计中最常用的器件，其基波衰减深度一般可达80 dB 以上，但
是老式的失真度仪中往往使用手动调谐的方式。笔者在原来的手动调谐文氏电桥陷波网络的
基础上进行了改进，设计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抑制电路(陷波器)如图l 所示。电桥的元件参数关系为Rl=2R2，
C1=C2=C，R3=R4=R
此时，电桥的抑制频率为
因为 Rl=2R2，对任一频率信号，UAD=Ui/3。由计算可知：当输入信号频率f=fo 时，UBD=Ui/3，
则UAB=0。此时，电桥处于平衡状态，输出为O。当输入信号频率f 偏离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选择特性很差。实际工作中，需要阻带很窄、选择性很强的陷波
器，为此采用文氏电桥组成的有源陷波电路，如图2 所示。此时陷波的频率为l kHz。
Al、A2 是电压跟随器组态，均有缓冲隔离作用，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 输出的部分电压反馈至A2 的同相端，并经A2 输出到电桥桥
臂。调节Rp 可调节反馈量，从而改变Q 值，以达到锐通带选频作用。若不加正反馈，在l kHz
附近二次谐波的特性曲线就会下降，不能进行准确测量。如果反馈量与频率特性有关，用可
变电阻器Rp 调整；如果衰减特性已调准，Q 值已选定，则Rp 可换成固定电阻器。在Al 的
反馈回路中加入电阻器R8 是为了抵消输入偏流，以减小直流漂移。C3 的作用是抑制尖峰
脉冲。
当 f=fo 时，电桥平衡，Al 的输出为0；f 偏离fo 时，电桥失衡，有输出电压。因此该电路
能抑制基波，使谐波通过。
若取 fo=l kHz，C=0.01μF，由R=l/2πfoC 来计算R，求得R=15 kΩ。A1、A2 均为集成运
算放大器，可选NE5532A 型。
高 Q 值的陷波器选择性好。但中心频率fo 易偏移，会引起较大的测量误差，因此，测量失
真度时可采用二级甚至三级串联调谐设计，使之具有中心频率为±1％的衰减带宽。
3 系统模块
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
和单片机控制电路，如图3 所示。
在系统中，一个未知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残余信号进行有效值检波；A/D 采样电路对检波后产生的直流电
压进行采样，转换成数字信号，并且将数据传输到单片机；单片机对此数据进行判断，当采
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(即最接近基
频)；如果采集到的直流电平不是最小值，那么单片机将控制改变文氏电桥的电阻和电容，
使其中心频率接近基频。通过以上过程实现了文氏电桥陷波器的智能化数控调谐。
图 3 中
责任编辑：xiaolin
