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二阶RC有源滤波器的设计
电子技术课程设计报告（二阶RC有源滤波器的设计）
目& &录第一章 设计任务与要求……………………………………………………………3& &1.1 设计任务……………………………………………………………………3<font color="#.2 设计要求……………………………………………………………………3第二章 设计方案……………………………………………………………………3& &2.1 总方案设计…………………………………………………………………3& && & 2.1.1 方案框图……………………………………………………………3& && & 2.1.2 子框图的作用………………………………………………………3<font color="#.1.3 方案选择……………………………………………………………4第三章 设计原理与电路……………………………………………………………6& &3.1 单元电路的设计……………………………………………………………6& && & 3.1.1 原理图设计…………………………………………………………6& && & 3.1.2 滤波器的传输函数与性能参数……………………………………8& &3.2 元件参数的计算……………………………………………………………10& && & 3.2.1 二阶低通滤波器……………………………………………………10& && & 3.2.2 二阶高通滤波器……………………………………………………10& && & 3.2.3 二阶带通滤波器……………………………………………………10& && & 3.2.4 二阶带阻滤波器……………………………………………………11& &3.2 元器件选择…………………………………………………………………11& &3.3 工作原理……………………………………………………………………12第四章 电路的组装与调试…………………………………………………………12& &4.1 MultiSim电路图……………………………………………………………13& &4.2 MultiSim仿真分析…………………………………………………………15第五章 设计总结……………………………………………………………………19附 录…………………………………………………………………………………20&&附录Ⅰ 元件清单…………………………………………………………………20&&附录Ⅱ Protel原理图 …………………………………………………………20附录Ⅲ PCB图（正面）…………………………………………………………21附录Ⅳ PCB图（反面）…………………………………………………………22参 考 文 献…………………………………………………………………………23
第一章 设计任务与要求<font color="#.1 设计任务<font color="#、学习RC有源滤波器的设计方法；<font color="#、由滤波器设计指标计算电路元件参数；<font color="#、设计二阶RC有源滤波器(低通、高通、带通、带阻)；<font color="#、掌握有源滤波器的测试方法；<font color="#、测量有源滤波器的幅频特性。<font color="#.2 设计要求1、分别设计二阶RC低通、高通、带通、带阻滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；2、在multisim里仿真电路，测量并调整静态工作点；3、测量技术指标参数；4、测量有源滤波器的幅频特性；5、写出设计报告。 第二章 设计方案<font color="#.1 总方案设计& && &2.1.1方案框图 RC网络
& && && && && && && && && & 图2.1.1 RC有源滤波总框图
<font color="#.1.2子框图的作用 <font color="#& & && RC网络的作用在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。 2& & 放大器的作用& & 电路中运用了同相输入运放，其闭环增益&&RVF=1+R4/R3同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。 <font color="# 反馈网络的作用& &将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。
<font color="#.1.3方案选择 滤波器在通信测量和控制系统中得到了广泛的应用。一个理想的滤波器应在要求的频（通内具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具有无穷大的衰减。然而实际的滤波器距此有一定的差异，为此人们采用各种函数来逼近理想滤波器的频率特性。用运算放大器和RC网络组成的有源滤波器具有许多独特的优点。因为不用电感元件，所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。由于运算放大器的增益和输入电阻高，输入电阻低，所以能提供一定的信号增益和缓冲作用，这种滤波器的频率范围约为10-3Hz~106Hz,频率稳定度可做到（10-3~10~10-5）/摄氏度，频率精度为+（3~5）%，并可用简单的级联来得到高阶滤波器且调谐也很方便。滤波器的设计任务是根据给定的技术指标选定电路形式和确定电路的元器件。滤波器等的技术指标有通带和阻带之分，通带指标有通带的边界频率（没有特殊的说明时一般为-3dB截止频率），通带传输系数。阻带指标为带外传输系数的衰减速度（即带沿的陡变）。下面简要介绍设计中的考虑原则。1.& && &&&关于滤波器类型的选择一阶滤波器电路最简单，但带外传输系数衰减慢，一般在对带外衰减性要求不高的场合下选用。无限增益多环反馈型滤波器的特性对参数变化比较敏感，在这点上它不如压控电压源型二阶滤波器。当要求带通滤波器的通带较宽时，可用低通滤波器和高通滤波器合成，这比单纯用带通滤波器要好2.& &&&级数选择滤波器的级数主要根据对带外衰减特殊性的要求来确定。每一阶低通或高通电路可获得-6dB每倍频程（-20dB每十倍频程）的衰减，每二阶低通或高通电路可获得-12dB每倍频程（-40dB每十倍频程）的衰减。多级滤波器串接时传输函数总特性的阶数等于各级阶数之和。当要求的带外衰减特性为-mdB每倍频程（或mdB每十倍频程）时，则取级数n应满足n大于等于m/6(或n大于等于m/20)。3.& &&&运放的要求在无特殊要求的情况下，可选用通用型运算放大器。为了满足足够深的反馈以保证所需滤波特性，运放的开环增应在80dB 以上。对运放频率特性的要求，由其工作频率的上限确定，设工作频率的上限为Fh,则运放的单位增益宽带应满足下式：BWG大于等于（3-5）AefH，式中为滤波通带的传输系数。& & 如果滤波器的输入信号较小，例如在10mV以下，则选低漂移运放。如果滤波器工作于超低频，以至使RC网络中电阻元件的值超过100kΩ，则应选低漂移高输入阻抗的运放。4.& && &&&元器件的选择一般设计滤波器时都要给定截止频率fc (ωc)带内增益Av，以及品质因数Q（二阶低通或高通一般为0.707）。在设计时经常出现待确定其值的元件数目多于限制元件取值的参数之数目，因此有许多个元件均可满足给定的要求，这就需要设计者自行选定某些元件值。一般从选定电容器入手，因为电容标称值的分档较少，电容难配，而电阻易配，可根据工作频率范围按照表1.1.3初选电容值。 表1.1.3 滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系f(1~10)Hz（10~102）Hz（102~103）Hz（1~10）KHz（10~103）KHz （102~103）KHzC(20~10)F（10~0.1）uF（0.1~0.01）uF（104~103）pF（103~102）pF（102~10）pF
第三章 设计原理与电路<font color="#.1 单元电路的设计& && & 3.1.1 原理图设计& &1.&&低通滤波器低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。如图3.1.1.1（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图3.1.1.1（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。图3.1.1.1&&二阶低通滤波器 <font color="#.& && && && &高通滤波器高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。将图3.1.1.1低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图3.1.1.2(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系。图3.1.1.2（b）为二阶高通滤波器幅频特性曲线。图3.1.1.2&&二阶高通滤波器<font color="#.& &带通滤波器带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图3.1.1.3（a）所示。本电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。图3.1.1.3（b）为二阶高通滤波器的幅频特性曲线。图3.1.1.3&&二阶带通滤波器 <font color="#.& &带阻滤波器带阻滤波器和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。典型的带通滤波器可以在双T网络后加一级同相比例运算电路构成。如图3.1.1.4（a）所示。图3.1.1.4（b）为二阶带阻滤波器的幅频特性曲线。图3.1.1.4&&二阶带阻滤波器
& && & 3.1.2 滤波器的传输函数与性能参数由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号，因受运算放大器带宽限制，这类滤波器仅适用于低频范围，根据频率范围可将其分为低通、高通、带通与带阻四种滤波器，它们的幅频特性如下图所示，具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能用实际特性去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大啊平坦响应和切比雪夫等波动响应。在不许带内有波动时，用巴特沃斯响应较好，如果给定带内所允许的纹波差，则切比雪夫响应较好。<font color="#.&&滤波器的传输函数 表3.1.2.1&&二阶RC滤波器的传输函数表 类型传输函数性能参数 低通 ——电压增益——低、高通滤波器的截止角频率——带阻塞、带阻滤波器的中心角频率BW——带通、带阻滤波器的带宽 高通 带通 带阻2.& && &&&单元电路性能参数（1）& & 低通滤波器　 二阶低通滤波器的通带增益& &　& & 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。& &品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 （2）& & 高通滤波器 　 二阶高通滤波器的通带增益& &　& & 截止频率，它是二阶高通滤波器通带与阻带的界限频率。& &品质因数，它的大小影响高通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 （3）带通滤波器 &&通带增益& &&&& & 　中心频率&&　 &&　　通带宽度& &　 & & 　选择性&&　　
（4）带阻滤波器 通带增益 　 中心频率 带阻宽度 　B＝2（2－Aup）f0选择性　
& &3.2 元件参数的计算& && & 3.2.1 二阶低通滤波器&&二阶低通滤波器性能参数表达式为ωC2＝１/（CC1RR1） (3.2.1.1)Q=0.707ωC/Q=1/R1C+1/R2C+(1+AV)/R2C1&&(3.2.1.2)AV=1+R4/R3&&(3.2.1.3) & && & 3.2.2 二阶高通滤波器二阶高通滤波器性能参数表达式为ωC2＝１/（CC1RR1） (3.2.2.1)Q=0.707ωC /Q=1/R1C+1/R2C+(1+AV)/R2C1 (3.2.2.2)AV=1+R4/R3& & (3.2.2.3) & && & 3.2.3 二阶带通滤波器二阶带通滤波器性能参数表达式为ωC2＝(1/R1+1/R3)/R2C2& &(3.2.3.1)Q=ω0/BW& &(3.2.3.2)AV=1+R4/R5(AV≤2)&&(3.2.3.3) & && & 3.2.4 二阶带阻滤波器二阶带通滤波器性能参数表达式为<font color="#/R3=1/R1+1/R2& && & (3.2.4.1)ω02=1/R1R2C2& & (3.2.4.2)AV=1& & & &3.2 元器件选择电阻的选择& &根据参数计算得的结果和市场上所出售的请况而选择，见附录清单。电容的选择&&根据电阻的确定和规定的截止频率而选择，见附录清单。运放的选择&&本电路选择了八管脚的UA741单运放。其管脚图如下， 图3.2.1&&Ua741管脚图
图3.2.2 uA741 内部原理图 & &3.3 工作原理滤波电路是一种能使有用频率通过，同时抑制无用成分的电路。滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。由于受到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器有低通、高通、带通和阻带等电路。低通滤波电路指低频信号能通过而高频信号不能够通过的电路，高频滤波电路则与低频滤波电路相反，带通滤波电路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路，带阻滤波器和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。 第四章 电路的组装与调试MultiSim软件介绍Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。它提供了仿真实验和电路分析两种仿真手段，可用于模拟电路、数字电路、数模混合电路和部分强电电路的仿真、分析和设计。Multisim是一种优秀而易学的WDA（电子设计自动化）软件，与其他仿真分析软件相比，EWB的最显著特点就是提供了一个操作简便且与实际相似的虚拟实验平台。他几乎能对”电子技术”课程中所有基本电路进行虚拟实验，虚拟实验过程和仪器操作方法与实际相似，但比实际方便、省时。他还能进行实际无法或不便进行的试验内容，通过储存和打印等方法可精确记录器实验结果。它提供十多种电路分析功能，能仿真电路实际工作状态和性能。应用Multisim，便于实现边学边练的教学模式，使“电子技术”课程的学习变得更有趣而容易。<font color="#.1 MultiSim电路图 1. 二阶低通滤波器图4.1.1二阶低通滤波电路
<font color="#. 二阶高通滤波器图4.1.2二阶高通滤波电路
<font color="#. 二阶带通滤波器图4.1.3二阶带通滤波电路
<font color="#. 二阶带阻滤波器图4.1.4二阶带阻滤波电路 <font color="#. 总滤波电路 <font color="#.2& & MultiSim仿真分析分析结果图& & 1.&&二阶低通滤电路图4.2.1（a） 图4.2.1（b） <font color="#.&&二阶高通滤电路图4.2.2（a）图4.2.2（b） <font color="#.&&二阶带通滤电路图4.2.3（a）图4.2.3（b） <font color="#.&&二阶带阻滤电路图4.2.4（a）图4.2.4（b） 第五章 设计总结& &&&本次课程设计由于是个人独立选定课题，所以在此过程的开始时基本上所有人都在自己独立思考，同时又由于设计所采用的仿真和制板软件Multisim和Altium Designer在此之前基本不是很熟悉，因此本次课程设计的前期多半是在摸索中前进，当然付出中会有收获，本次课程设计让我弄懂了很多以前感觉模糊的东西，同时也带给我成功的喜悦感，增加了我的自信心，当我看到由我自己设计的东西由想法变成实物时，我的心里充满了成功的喜悦感。回想起此次课程设计过程中经历的种种困难，遇到不明白的问题时，与他人讨论，请教老师的过程，所有的努力都指向一个明确的目标----确保课程设计的成功，我真的很感动。此次课程设计不仅使我学会了不少东西，更让我体会到人与人之间的沟通的乐趣，感谢此次课程设计过程中给予我们悉心指导的杨蜀秦和龙燕老师，同时也感谢班级的其他同学，正式由于和他们一起的努力使我成功完成了本次课程设计。 附 录附录Ⅰ&&元件清单 附录Ⅱ&&Protel原理图 附录Ⅲ PCB图（正面）
附录Ⅳ&&PCB图（反面）
参考文献 [1]&&彭介华.电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，1997.[2]&&谢自美.电子线路设计·实验·测试.3版.武汉：华中科技大学出版社，2006.[3]&&童诗白、华成英.模拟电子技术基础.4版.北京：高等教育出版社，2006.[4]&&陆秀令、韩清涛.模拟电子技术.北京：北京大学出版社，2007.
本帖最后由 gk320830 于
16:02 编辑
可以下载设计资料吗
图呢？没有看到额
你想要表达什么
等待LZ上图。。。
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关于二阶巴特沃斯低通滤波器问题~~急
按照资料设计了一个巴特沃斯低通滤波器，电子元件通过查表法得到，其增益为2，截止频率为1K Hz.现在仿真时出现一个问题：当输入信号为正负对称的正弦波（-2V~+2V)可以滤掉高频，输出接近为0：如下图
当输入信号为只有正的正弦波(0-4V)时，滤不掉高频，输出基本上为4V不变：如下图
望高手指点迷津，不胜感激！
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21:38 上传
本帖最后由 gk320830 于
02:24 编辑
补充一下，输入信号频率为10K，高于截止频率
仙国大帝 /0/347/&
助理工程师
0到4伏正弦信号说明有2伏的直流偏置，感觉应该是C1饱和了吧，你在C1上并联个电阻试试
谢谢~~不过刚才按你的办法并联一个电阻~~还是不行，波形都变了，起不了滤波作用。。
助理工程师
本帖最后由 agj032 于
12:03 编辑
滤波器的本质是让有用信号通过.抑制躁声.10k的信号,其衰减为多少个db(-~db),而设计的截止频率为1K,即在1k时,其衰减为-3db,如果10k为躁声信号,其衰减显然不够(看你实际需要).得出上图结果应该正常.现在来分析你的问题(其实不是个问题).&输入信号为正负对称的正弦波（-2V~+2V)可以滤掉高频，输出接近为0.&输出接近为0是其幅值衰减了,其大小与图中右边的10k信号应该相同.&当输入信号为只有正的正弦波(0-4V)时，滤不掉高频，输出基本上为4V不变：&因为有2V的直流分量,而直流又是由各种频率的交流组成(傅里叶展式),故低频信号过去了.低频信号叠加10k的衰减信号,就得到右图的实际信号.
所以,实际中,要先抵掉直流分量,再滤波,在把信号抬升到需要的电平上.呵呵.
问题已解决
1 输入正负对称的阻带外信号,那么输出就滹掉了这些信号,输出信号为零;
2 输入的是0-4V信号,那么中点为2V, 滤波器滤掉了高频成份, 直流成份则传输过来了,还放大了2倍(4V).
谢谢各位的指教~~
非常感谢你的电路，解决了我的大问题！！！
今天老师刚好讲到
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数字信号处理 Butterworth型二阶有源低通滤波器的设计
设计二阶有源低通滤波器
Butterworth型二阶有源低通滤波器的设计
一、实验目的
设计一个用vcvs网络实现butterworth型二阶有源LP滤波器，并用仿真软件进行仿真，验证试验结果是否符合要求。 二、实验要求
1、所要实现的模拟滤波器为二级滤波器。
2、尽量使设计电路中电容的值相同，可做适当调整和取舍。 3、要求RC有源滤波器网络的直流增益在1~2之间。 三、电路图及公式推导
二阶压控电压源低通滤波器是由两节Rc滤波电路和同相比例放大电路组
成，其中同相比例放大电路实际上就是压控电压源。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。电路如下图所示。同相比例放大电路的电压增益就是低通滤波器的通带电压增益，即Af 1
（vi v1)Y1 (v1 v0)Y2 (v1 v2)Y3(v1 v2)Y3 v2Y4AF 1 v2
解得，该网络系统函数为H(s)
AF/R1R2C1C2
设学号后三位xyz
则老师所要求的最大通带衰减3db频率w=zy.x，所以我的为91.2khz,
根据二阶表达式好
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关键词 二阶有源低通滤波器;电路设计自动化;仿真分析;Multisim10 滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置, 在信息处理、 数据传 送和抑制干扰...数字信号Butterworth滤波器设计方法_信息与通信_工程科技_专业资料。一. 设计...技术指标和数字信号处理理论相关知识进行计算; (1) 计算模拟低通滤波器的阶次:...二阶压控压源型巴特沃斯低通滤波器设计_信息与通信_工程科技_专业资料。利用 ...我们学习数字信号处理这门课,亲身实例的体会整个流程, 滤波器的设计在我们以后的...Butterworth two, Butterworth two step active low...器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理...选择设计巴特沃斯二阶有源低通滤波器和高通滤波器;而...课程设计(论文)说明书 题 目:有源二阶滤波器的...根据课设要求,我们选择巴特沃斯(butterworth)滤波电路...40dB/十倍频程,选择二阶有源低通滤波器电路,即n=...数字Butterworth滤波器的设计_信息与通信_工程科技_专业资料。武汉理工大学信号...武汉理工大学信号分析与处理课程设计 2.4 巴特沃斯低通滤波器的低通特性分析...滤波器分为低通、 高通、 全通、 带阻四种基本类型。 本文设计的是带阻滤波...模拟电子电路及技术基础.2008 年 1 月 [2]徐以涛.数字信号处理.西安电子科技...(Butterworth) 、切比雪夫型(Chebyshev) 、贝塞尔型(Bessel)椭圆 型(Elliptic...图 1:低通滤波器的滤波过程 1.2 滤波器的分类 按照所处理信号形式不同滤波器...数字信号处理滤波器设计_信息与通信_工程科技_专业...一阶FIR低通滤波器 2)一阶FIR高通滤波器 H ( z...S ? j? 1.巴特沃思滤波器(butterworth)――― 最...C值. 下面对三阶Butterworth低通滤波器进行去归 一化处理: 设要求的截止频率...因此 设计所得电路在较大信号滤波方面有潜在的应用价 值.参考文献: 按照上述...& & 目前数字伺服驱动器基本被日本、欧美等国家垄断。我国每年需要从国外进口大量的此类设备用于cnc数控机床等行业，进口驱动器价格高，维修服务不便。我国具有自主知识产权的全数字式伺服驱动器约于上个世纪90年代开始规模化生产制造。华中数控hsv系列全数字交流伺服电机驱动单元具有良好的性能。我公司自主开发的全数字交流伺服系统调速比为1:5000。高端产品往往要采用国外的交流伺服系统，主要是国产伺服驱动控制器在高速和高精等控制特性方面，与日本的fanuc、三菱、松下、富士以及德国的西门子等国外先进产品相比，还存在着显著差距。
& & 伺服控制系统硬件设计方案
& & 数字伺服系统主要由五部分组成：永磁同步电动机、模块、驱动与逆变模块、速度与位置检测电路模块以及控制电路模块。控制电路模块包括核心控制芯片，人机界面和通讯模块四大部分;驱动与逆变电路模块包括主电路，/采样电路，过压/欠压保护、上电限流保护与制动电路等，数字伺服控制系统硬件框图如图1所示。
& & tms320f2812为控制核心，接收来自cnc、器接口、电流检测模块和故障信号处理模块的信息，完成对永磁同步电机控制和故障处理。光电隔离模块作为电子电路与功率主电路的接口，将dsp发出的sv信号经送入ipm模块，完成dc/ac逆变，驱动电动机旋转。编码器接口将绝对式编码器所记录的永磁同步电动机的磁极位置、电动机转向和编码器报警等信息送往dsp，同时将永磁同步电动机的位置信息送往cnc。电机相电流经电流检测模块量测、、幅度变换、零位偏移、限幅，转化为0～3v的电压信号送入dsp的引脚。功率主电路的过压、欠压、短路、电源掉电和ipm故障等信号经故障检测模块检测与处理后，送入dsp的i/o端口。键盘与显示模块是控制器的人机接口，用以完成控制参数的输入，运行状态与运行参数显示。模块用以存储控制参数与系统故障信息。
& & 伺服的核心控制芯片采用ti公司最新的电机专用控制芯片tms320f2812。与其它同类dsp相比它有以下突出性能：
& & 采用高性能的静态技术，主频可以达到150mips，使得指令缩短到6.67ns(150m)，并采用32位操作，从而大大提高处理能力;
& & 低功耗，供电电压降为1.8v(内核)和3.3v(i/o);
& & 片内高达128k字的flash程序存储器，18k的saram和4k的
& & 具有12位的a/d转换器，最小转换时间为80ns等。
& & 逆变电路使用的是三菱公司的ipm模块，该智能功率模块采用第5代工艺，内置优化后的栅级驱动和保护电路，以不可思议的超小型体积，输出功率强劲的三相波形。它具有以下突出性能：
& & 完整的功率输出电路，直接连接;
& & 内置栅极驱动电路;
& & 短路保护;
& & 驱动电压欠压保护;
& & 采用第五代低功耗igbt管芯;
& & 超小型体积，仅重65g。
& & 数字伺服系统的控制策略
& & 数字伺服系统一般是由三个闭环来完成。其原理如图2所示，第一层是位置环、第二层是速度环、第三层是电流环;其中位置、速度都是外环，而电流环则是系统内的内环，它的构成是由核心硬件以及关键解算软件组成的，全数字伺服系统是数控机床的核心传动部分，也是技术难度最大的部分，其最主要的特点就是高速、高精、功能丰富多样。电流环是伺服系统的核心控制环，而保证速度精度以及力矩平稳性的最关键就是数字伺服中的电流环的设计，所以一个系统性能是否优秀与电流环的设计息息相关。
& &lem与电流采样电路方案设计
& & 因为采样的精度和速度直接导致整个电流环的运算精度，从而直接对系统的性能产生非常重大的影响。而在电量参数测量领域内，作为首屈一指的领导厂商莱姆(lem)公司的电流传感器由于其稳定可靠的产品性能成为本系统设计的首选。型号为lts25-np。此款传感器采用的是单电源供电，相对于采用双电源供电的传感器(见图3)，莱姆传感器在外围的硬件电路设计上更加简单，不需要增加电压抬升电路(双电源供电的传感器必须增加电压抬升电路使负电压转换为正电压后才能进入dsp)从而减少电源对系统的干扰。此款传感器另一优点是温漂小，精度高;而且内置采样，其输出端是电压型输出，避免了因增加外接采样电阻以及运放后进入dsp使精度有所降低。
& & lts25-np型传感器的具体特点和性能参数如下：
& & 原边额定电流ipn：25a;
& & 原边电流测量范围ip：0～&80a;
& & 供电电压：+5v;
& & 输出电压vout：2.5&0.625v;
& & 转换率kn=np：ns为：1：2000;
& & 总精度：&0.2%;
& & 线性度：小于0.1%;
& & 反应时间：小于500ns。
& & 该传感器有正极(+5)、测量端(out)及地(0)三个管脚，如图3所示。其工作原理如下：该款传感器是闭环霍尔电流传感器，使用作为核心敏感元件、用于隔离检测电流的模块化产品，其工作原理是霍尔磁平衡式的(或称霍尔磁补偿式、霍尔零式)。当电流流过一根长的直导线时，在导线周围产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流的大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测，由于磁场的变化与霍尔器件的输出电压信号有良好的线性关系，因此，可以用测得的输出信号，直接反应导线中电流的大小。为防止干扰，在霍尔传感器的供电电源端和地端单独并接一只1&f的退耦滤波。
& & 电流检测电路是把永磁同步电机的三相定子电流经传感器后进入dsp转换成是数字形式并进行一系列的变换，由于本系统是三相平衡系统：ia+ib+=0;因此只需要检测其中两相电流，就可以得到三相电流。由永磁同步电机的数学模型可知，定子电流检测的精度和实时性是整个矢量控制系统精度的关键，因此本系统采用lts25-np型传感器来检测电流。
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