濾波器調(diào)試原理課件

1、濾波器調(diào)試的原理及方法濾波器調(diào)試的原理及方法 中冶南方工程技術(shù)有限公司中冶南方工程技術(shù)有限公司 電力電訊室電力電訊室 2006年年12月月 濾波器調(diào)試的原理及方法濾波器調(diào)試的原理及方法第一章調(diào)試儀器調(diào)試儀器1. 三相功率源三相功率源2.數(shù)字式雙蹤示波器數(shù)字式雙蹤示波器 3.數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表 4.指針式電流表指針式電流表:020A5.指針式電壓表指針式電壓表:500V6.無感電阻無感電阻7.電橋電橋 PM6304生產(chǎn)廠生產(chǎn)廠:美國美國FLUKE公司公司濾波器調(diào)試的原理及方法第二章第二章 調(diào)試的基本原理調(diào)試的基本原理在濾波器系統(tǒng)冷態(tài)調(diào)諧中，通常在濾波器系統(tǒng)冷態(tài)調(diào)諧中，通常采用示波器的采用示

2、波器的X-Y工作方式顯示工作方式顯示兩個相互關(guān)聯(lián)電信號的平面圖形，兩個相互關(guān)聯(lián)電信號的平面圖形，這個圖形稱李沙育圖形，由這個這個圖形稱李沙育圖形，由這個圖形形狀就可判斷濾波器支路是圖形形狀就可判斷濾波器支路是否在規(guī)定的頻率不發(fā)生諧振。為否在規(guī)定的頻率不發(fā)生諧振。為此，有必要先談?wù)勈静ㄆ鞯慕Y(jié)構(gòu)此，有必要先談?wù)勈静ㄆ鞯慕Y(jié)構(gòu)及基本測量方及基本測量方 法.濾波器調(diào)試的原理及方法一示波器結(jié)構(gòu)一示波器結(jié)構(gòu)示波器是一種綜合性的電信號測試儀，可直接顯示出電示波器是一種綜合性的電信號測試儀，可直接顯示出電信號的波形，測量其幅值，頻率以及同頻率兩信號的相信號的波形，測量其幅值，頻率以及同頻率兩信號的相位差等。位差

3、等。普通示波器由示波管，（普通示波器由示波管，（Y軸）垂直放大器，掃描（鋸軸）垂直放大器，掃描（鋸齒波）信號發(fā)生器，（齒波）信號發(fā)生器，（X軸）水平放大器及電源等部分軸）水平放大器及電源等部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2。示波管是示波器核心部件，它主要包括電子槍，偏轉(zhuǎn)板，示波管是示波器核心部件，它主要包括電子槍，偏轉(zhuǎn)板，熒光屏如圖熒光屏如圖3。其兩對平行的偏轉(zhuǎn)板上加有隨時間變化。其兩對平行的偏轉(zhuǎn)板上加有隨時間變化的電壓，高速電子射線經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板時會在電場力作用下的電壓，高速電子射線經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板時會在電場力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓成正比。發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)板上所

4、加電壓成正比。掃描信號發(fā)生器產(chǎn)生一個與時間成線性關(guān)系的周期性鋸掃描信號發(fā)生器產(chǎn)生一個與時間成線性關(guān)系的周期性鋸齒波電壓（又稱掃描電壓），經(jīng)過齒波電壓（又稱掃描電壓），經(jīng)過X軸放大器放大以后，軸放大器放大以后，再加在示波管水平偏轉(zhuǎn)板上。再加在示波管水平偏轉(zhuǎn)板上。濾波器調(diào)試的原理及方法二示波器顯示被測信號波形的原理二示波器顯示被測信號波形的原理當(dāng)示波器垂直偏轉(zhuǎn)板上加有待測信號電壓當(dāng)示波器垂直偏轉(zhuǎn)板上加有待測信號電壓Uy=Uymsinwt，水平偏轉(zhuǎn)板上加有同頻率鋸齒波電壓，水平偏轉(zhuǎn)板上加有同頻率鋸齒波電壓UX，電子束的偏轉(zhuǎn)是垂直和水平兩個電場力合成結(jié)果，電子束的偏轉(zhuǎn)是垂直和水平兩個電場力合成結(jié)果，如

5、圖如圖4所示，電子射線光點某一瞬間在熒光屏上的位置所示，電子射線光點某一瞬間在熒光屏上的位置就決定于該時刻就決定于該時刻Uy和和Ux的數(shù)值。的數(shù)值。從上圖中可看出，從上圖中可看出，t=0時，時，Uy=0，Ux=-Uxm，光點出現(xiàn)，光點出現(xiàn)在在a點，點，t=1,2,時，光點分別出現(xiàn)在時，光點分別出現(xiàn)在b，c各點。各點。顯然，為了使每一個周期內(nèi)顯然，為了使每一個周期內(nèi)Uy和和Ux的合成圖形重合，的合成圖形重合，必須保證必須保證Uy和和Ux的頻率一致或具有整數(shù)倍的關(guān)系，這的頻率一致或具有整數(shù)倍的關(guān)系，這樣，熒光屏上的圖形才是穩(wěn)定不動的。通常，這是由鋸樣，熒光屏上的圖形才是穩(wěn)定不動的。通常，這是由鋸齒

6、波信號發(fā)生器內(nèi)的同步（整步）電路來完成，它能通齒波信號發(fā)生器內(nèi)的同步（整步）電路來完成，它能通過強迫鋸齒波的頻率與過強迫鋸齒波的頻率與Uy頻率（或外來信號頻率）保持頻率（或外來信號頻率）保持同步。同步。濾波器調(diào)試的原理及方法當(dāng)李沙育圖形穩(wěn)定后，設(shè)熒光屏水平方向與圖當(dāng)李沙育圖形穩(wěn)定后，設(shè)熒光屏水平方向與圖形的切線交點為形的切線交點為Nx，垂直方向與圖形切線交點，垂直方向與圖形切線交點數(shù)為數(shù)為Ny，則已知頻率，則已知頻率fx與待測頻率與待測頻率fy有如下關(guān)有如下關(guān)系：系：上式中，上式中，fx為已知標(biāo)準(zhǔn)頻率，由李沙育圖形切為已知標(biāo)準(zhǔn)頻率，由李沙育圖形切點數(shù)計算未知頻率點數(shù)計算未知頻率fy為：為：yx

7、xyNNffyxxyNNff濾波器調(diào)試的原理及方法若若fx與與fy同頻率，李沙如圖形為一圓（包同頻率，李沙如圖形為一圓（包括橢圓）或直線括橢圓）或直線 濾波器調(diào)試的原理及方法四李沙育圖形在濾波裝置調(diào)諧中的應(yīng)用四李沙育圖形在濾波裝置調(diào)諧中的應(yīng)用在第三節(jié)中我們已經(jīng)談到垂直方向信在第三節(jié)中我們已經(jīng)談到垂直方向信號號Uy與水平方向信號與水平方向信號Ux同頻率時，李沙同頻率時，李沙育圖形為一園或直線。育圖形為一園或直線。在第一節(jié)中也講到示波器可測量兩同在第一節(jié)中也講到示波器可測量兩同頻率信號的相位差。頻率信號的相位差。當(dāng)當(dāng)X方向與方向與Y方向所加信號為同頻率同相方向所加信號為同頻率同相位的正弦波時，其李

8、沙如圖形為一直線；位的正弦波時，其李沙如圖形為一直線；所加兩信號為不同相角但同頻率的正弦波所加兩信號為不同相角但同頻率的正弦波時，其李沙如圖形為橢圓（包括園）。時，其李沙如圖形為橢圓（包括園）。濾波器調(diào)試的原理及方法X和和Y同時加上信號時，亮點的運動是兩個相互同時加上信號時，亮點的運動是兩個相互垂直振動的合成，圖垂直振動的合成，圖6是頻率，同幅質(zhì)的兩正弦是頻率，同幅質(zhì)的兩正弦信號在不同相角差情況下光點振動的合成過程：信號在不同相角差情況下光點振動的合成過程：x-y=45x-y=135通過以上各圖，可直觀地看出同頻率兩信號在各通過以上各圖，可直觀地看出同頻率兩信號在各種相角差情況下的李沙育圖形。

9、對于濾波器一條種相角差情況下的李沙育圖形。對于濾波器一條單支路，當(dāng)在規(guī)定的頻率下發(fā)生諧振時，我們按單支路，當(dāng)在規(guī)定的頻率下發(fā)生諧振時，我們按圖圖 取總電流信號按在取總電流信號按在X輸入上，總電壓信號按輸入上，總電壓信號按入入Y輸入上，由于接線的關(guān)系這兩信號的相角差輸入上，由于接線的關(guān)系這兩信號的相角差為零度或者為零度或者180，它們顯示的李沙育圖形應(yīng)是，它們顯示的李沙育圖形應(yīng)是一條直線，一條直線， 濾波器調(diào)試的原理及方法 五示波器測量信號的取樣五示波器測量信號的取樣測量電壓信號是示波器最基本測量功能之一，只需調(diào)節(jié)測量電壓信號是示波器最基本測量功能之一，只需調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕即可顯示電壓信號。有關(guān)旋鈕

10、即可顯示電壓信號。對于測量的電流信號，一般是用電阻取樣法將電流信號對于測量的電流信號，一般是用電阻取樣法將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號以后，再進行測量。例如，在圖轉(zhuǎn)換為電壓信號以后，再進行測量。例如，在圖1中，中，為要測量為要測量Z支路的電流支路的電流i，先串接一個取樣電阻，先串接一個取樣電阻r，則：，則：Ur=irr為一常數(shù)，為一常數(shù)，i正比于正比于Ur，Ur的信號可代替的信號可代替i，只是幅值上，只是幅值上相差相差r倍。在此有幾個問題要注意：倍。在此有幾個問題要注意：濾波器調(diào)試的原理及方法（i）為減小取樣電阻對原電路的影響，）為減小取樣電阻對原電路的影響， 通常通常rZ（ii）取樣電阻為無感電阻

11、，同時阻值誤差要小。）取樣電阻為無感電阻，同時阻值誤差要小。（iii）注意示波器地線的合理選取。電源采用信號）注意示波器地線的合理選取。電源采用信號發(fā)生器，那么，信號發(fā)生器和示波器地線一般要發(fā)生器，那么，信號發(fā)生器和示波器地線一般要連接在一起，這時，取樣電阻的地線取法常用圖連接在一起，這時，取樣電阻的地線取法常用圖2形式。如果信號源和示波器地線不需聯(lián)接在一起，形式。如果信號源和示波器地線不需聯(lián)接在一起，地線可采用圖地線可采用圖3的形式。這時接地點不同，觀察到的形式。這時接地點不同，觀察到的的Ur相位也不同。相位也不同。濾波器調(diào)試的原理及方法六信號發(fā)生器六信號發(fā)生器這次所使用的信號發(fā)生器是上海亞

12、美電器廠生產(chǎn)這次所使用的信號發(fā)生器是上海亞美電器廠生產(chǎn)的音訊的音訊1甲型音頻訊號發(fā)生器，輸出功率只有幾甲型音頻訊號發(fā)生器，輸出功率只有幾瓦，開始直接聯(lián)在濾波支路上，不能產(chǎn)生清晰穩(wěn)瓦，開始直接聯(lián)在濾波支路上，不能產(chǎn)生清晰穩(wěn)定的信號，后通過一變比為定的信號，后通過一變比為230/110自耦變壓器再自耦變壓器再聯(lián)，效果很好。這就涉及到使用信號發(fā)生器時要聯(lián)，效果很好。這就涉及到使用信號發(fā)生器時要注意的一個問題：對于有功率輸出的信號發(fā)生器，注意的一個問題：對于有功率輸出的信號發(fā)生器，為了獲得最大功率輸出，應(yīng)使信號源的輸出阻抗為了獲得最大功率輸出，應(yīng)使信號源的輸出阻抗與負(fù)載阻抗匹配；與負(fù)載阻抗匹配；當(dāng)作為

13、電壓源使用而不需要功率輸出時，當(dāng)作為電壓源使用而不需要功率輸出時，信號源信號源輸出阻抗應(yīng)小于負(fù)載阻抗輸出阻抗應(yīng)小于負(fù)載阻抗。R=kU/(I/k)=K2(U/I) =K2r濾波器調(diào)試的原理及方法使用自耦變壓器，其作用就是將信號源輸出阻抗變使用自耦變壓器，其作用就是將信號源輸出阻抗變換得與負(fù)載阻抗（濾波支路阻抗）匹配。換得與負(fù)載阻抗（濾波支路阻抗）匹配。信號發(fā)生器的使用方法與注意事項：信號發(fā)生器的使用方法與注意事項：1、先將輸出幅值調(diào)到零位，接通工作電源，預(yù)熱、先將輸出幅值調(diào)到零位，接通工作電源，預(yù)熱幾分鐘后方可工作。幾分鐘后方可工作。2、使用時，將信號源頻率調(diào)到所需數(shù)值。在確認(rèn)、使用時，將信號源

14、頻率調(diào)到所需數(shù)值。在確認(rèn)負(fù)載與信號發(fā)生器聯(lián)接無誤之后，再將輸出電壓從負(fù)載與信號發(fā)生器聯(lián)接無誤之后，再將輸出電壓從零電位調(diào)到所需的數(shù)值。零電位調(diào)到所需的數(shù)值。3、信號發(fā)生器的輸出功率不能超過額定值，也不、信號發(fā)生器的輸出功率不能超過額定值，也不能將輸出端短路，以免損壞儀器。能將輸出端短路，以免損壞儀器。濾波器調(diào)試的原理及方法 第三章 濾波器調(diào)諧接線圖及方法 濾波器調(diào)諧接線圖如下： 圖中：G為正弦信號發(fā)生儀，型號為音訊1甲型， f頻率計 T為自耦變壓器，變化調(diào)到2:1 V1電壓表，測量濾波支路總電壓（V總） V2電壓表，測量電容器組兩端電壓（Vc） A電流表，測量支路總電流 示波器：為SR76型二

15、線示波器，有水平（X-Y）工作方式與一般工作方式兩種工作方式。濾波器調(diào)試的原理及方法濾波器調(diào)試的原理及方法按照上面這個線路圖接線，按照上面這個線路圖接線，X軸輸入端取濾波器支路總電流軸輸入端取濾波器支路總電流信號，信號，Y軸輸入端取濾波支路總電壓信號，示波器置水平軸輸入端取濾波支路總電壓信號，示波器置水平（X-Y）工作方式，這兩個相關(guān)聯(lián)的正弦信號將在示波器上）工作方式，這兩個相關(guān)聯(lián)的正弦信號將在示波器上顯示其李育沙圖形。適當(dāng)調(diào)節(jié)顯示其李育沙圖形。適當(dāng)調(diào)節(jié)Y軸和軸和X軸幅值，當(dāng)濾波器支軸幅值，當(dāng)濾波器支路在規(guī)定頻率下發(fā)生諧振時，其李沙育圖形為一條直線，路在規(guī)定頻率下發(fā)生諧振時，其李沙育圖形為一條

16、直線，這個原理這這個原理這 中從圖形合成角度講過，下面以數(shù)學(xué)公式計中從圖形合成角度講過，下面以數(shù)學(xué)公式計算表式再從另一個角度論述：算表式再從另一個角度論述：當(dāng)濾波支路發(fā)生諧振時，從接線圖中可看出，電流與電壓當(dāng)濾波支路發(fā)生諧振時，從接線圖中可看出，電流與電壓信號相們相差信號相們相差180，不失一般性，可設(shè)，不失一般性，可設(shè)X=2 SinwtY=4sin(wt+)W=2f,設(shè)濾波支路在設(shè)濾波支路在n次諧波下發(fā)生諧振次諧波下發(fā)生諧振濾波器調(diào)試的原理及方法X=2 Sin(100nt)Y=4 Sin(100n+)=-4 Sin(100nt)從以上列表描點的過程，再一次呈線了李沙育圖形從以上列表描點的過程

17、，再一次呈線了李沙育圖形判斷濾波支路諧振的準(zhǔn)確性與直觀性。判斷濾波支路諧振的準(zhǔn)確性與直觀性。若換一種接線方式，接地線放在取樣電阻若換一種接線方式，接地線放在取樣電阻r的左邊，的左邊，X，Y信號將同相位，合成李沙育圖形直線位于一，信號將同相位，合成李沙育圖形直線位于一，三相線。當(dāng)然，我們也可用其它方法同時校驗濾波三相線。當(dāng)然，我們也可用其它方法同時校驗濾波支路的諧振狀態(tài)，如通過觀測電壓表支路的諧振狀態(tài)，如通過觀測電壓表V1，V2讀數(shù)，讀數(shù)，V1為支路總電壓，當(dāng)支路發(fā)生諧振時，為支路總電壓，當(dāng)支路發(fā)生諧振時，V1讀數(shù)最讀數(shù)最小，小，V2為電容器組兩端電壓，支路諧振時為電容器組兩端電壓，支路諧振時V2讀數(shù)讀數(shù)最小，從最小，從V1，V2兩塊表的讀數(shù)趨熱判斷支路發(fā)生兩塊表的讀數(shù)趨熱判斷支路發(fā)生諧振動是一目了然的。諧振動是一目了然的。濾波器調(diào)試的原理及方法另外，還可在不改變接線的情況下，改變示波器工作另外，還可在不改變接線的情況下，改變