静电信号调理电路开发设计

冯正兴+裴晓鹏

摘 要：本文描述气路颗粒物的荷电机理和静电监测原理设计了低通滤波电路，增添了防电磁干扰电路，同时也加入静态工作点稳定电路，提高了电路的精度和稳定性，消除了温度对静态工作点的影响；经过电路仿真和实际运行测试，取得了良好的去噪滤波效果。

关键词：航空发动机 低通滤波电路 稳定

中图分类号：V263 文献标识码：A 文章号：1003-9082（2017）09-0-02

一、设计原理

1.静电传感器测量模型

根据传感器感应探极特性，静电传感器是由感应探极和自身形成的等效电路组成，在此等效电路中，包含两种电容：静电传感器的对地电容Ca和传输电缆的之间的分布电容Cc；还包含两种电阻：传感器的对地泄漏电阻Ra和后续运算放大器的输入阻抗Ri（决定性影响因素为电极的物理模型、绝缘程度、温湿度等）。图中所示为静电传感器测量模型的等效电路，其中，假设在静电传感器感应到颗粒的电荷量为Q（t）， 测量模型等效电阻为R，；测量模型等效电容为C，。测量模型等效电路见图1。

二、原理图及仿真结果

1.原理图设计

1.1元器件选择

元器件的选择，由于算出的、阻值不一定是标准值，因此需要确定实际元器件的参数值，然后再加以分析参数。实际的元件为R1=R2=9.06，C1=4.7pF，C2=2.2pF，运放为741。将元件参数代入计算式中计算出的理论截止频率为f=5.3KHz。

1.2仿真元件图

本设计压控电压源二阶低通滤波电路原理图如图 2所示。

电路说明如下：

（1）J1 与J2 连接于负载和信号源，分别为电路输入和电路输出接口。

（2）为提高信号纯度，加入通交流阻直流功能，其中，C1 为耦合电容。

（3）C2、C5 、VCC和地构成防电磁干扰电路。

（4）为消除温度对静态工作点的影响，加入R7 、 R3 。

（5）为改善截止频率附近的幅频特性，电容 C3 不直接接地而接在运放输出端。

2.仿真结果

2.1时域仿真

通过模拟示波器仿真，得出的信号没有失真现象，当频率比较低时，即当<5K里，信号的幅度变化不大；而当继续增大输入信号的频率，其输出波形的幅度逐渐衰减，而且变化比较快，当频率大到一定值以后，波形已经基本上完全衰减。时域仿真见图 3

2.2频域仿真

频域仿真见图 4。可以看出，3d B 的截止频率约为 5.641KHz，与理论计算值基本吻合。通过扫频仪的仿真可知，该电路的幅频特性与低通滤波器的幅频特性一致。在低频段的幅度几乎没有变化，而当继续增大输入信号的频率，其输出波形的幅度逐渐衰减，而且变化比较快，当频率大到一定值以后，波形已经基本上完全衰减。仿真的結果与理论计算的结果一致。

三、总结

本文静电传感器信号调理电路进行了初步开发设计，阐述了滤波器原理，掌握了其基本原型、指标设定、参数计算、元件选择以及电路实现。同时，本文改进一般的二阶低通滤波器，加入防干扰电路模块，提高其稳定性和精度；为消除温度影响因素，增添静态工作点稳定电路。理论计算的结果与仿真的结果达到一致。

参考文献

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