RC消除噪声电路研究_北京交通大学

RC消除噪声电路研究

问题：RC 消除噪声电路研究

设图4-1（a ）中的v in 为信号源，图4-1（b ）为该信号源正常情况下的波形。若输入信号受到干扰，假设干扰噪声的幅度与信号幅度大小相同，只是持续时间不同，干扰噪声叠加到正常信号上的波形如图4-1（c ）所示。噪声持续时间很短，被称为“毛刺”。

毛刺会影响后级电路的工作。比如第1个毛刺，可能导致将本来是低电平的正常信号误认为高电平，而第2个毛刺可能导致将本来是高电平的信号误认为低电平。

图4-1（a ）所示的RC 电路可以在一定程度上降低毛刺的影响，但是也会影响正常信号的波形。 假设信号周期为T =200ns ，噪声持续时间为1ns 。为了简化分析，假设噪声出现在半周期的正中间的ns 位置。

为了保证后续电路正确识别信号电压，要求当正常信号从0V 上升到5V 后，输出电压必须在50ns 内上升到5V .4%905=?，而当正常信号从5V 下降到0V 后，输出电压必须在50ns 内下降到5V .0%105=?，同时，还要求当出现如图4-1（c ）所示的毛刺时，输出电压必须将其幅度限制在0.3V 以下。要求做如下研究：

（1）若已选定电阻R 为100Ω，试分析电容C 的取值范围；

（2）若选定C 为0.18nF ，试分析当受干扰信号为如图（c ）所示波形时的输出波形； （3）用仿真软件记录各相关波形。结论是什么?

v (a)

(c)

-

图4-1

摘要：使用EWB 软件模拟RC 消噪电路，并利用电路处理带干扰信号的信号源

关键字：消除噪声 RC 仿真 干扰信号 毛刺 波形

分析及计算： (1)R=100Ω

○

1 0000

000()[(0)()]()

50,()4.5,(0)0

,()5;

t

RC

v t v v e v t ns v t V v v V -

+

+

=-∞+∞===∞=

解出C= 0.217147nF

○2

00000

00

000

()[()()]()

149.5,150.5,()0.3, ()0,()5;

t t

RC

v t v t v e v

t ns t ns v t V v t v V

-

-

+

+

=-∞+∞===

=∞=

解出C= 0.161615nF

则电容C的取值范围是：

0.161615nF~0.217147nF

(2)由于干扰信号的叠加，在输出信号当中，干扰信号所在区域150ns附近会有所增加，而在450ns附近输出信号会稍微降低一些。

(3) 仿真电路及结果

原信号源工作

干扰信号单独工作

信号源加干扰信号

发现的问题及解释：

在刚开始设计电路时，分段线性源的文本编辑有错误，在信号从0突增到5或从5突减到0时，文本中没写出时间的微增量，这样在450ns的位置就产生不了-5的干扰信号。再修改完后就出现了正常的图像信号。还有在使用示波器时，我们没考虑到所用信号不是周期无限信号，而我们只在暂停处观察图形就只是一条幅度为0的直线，后经调节时间轴至0时刻开始处得出图形。

探究问题：电容有消噪的作用，那么消噪的效果与什么因素有关? 我们查阅了相关资料了解到，信号经过电容后，不仅噪声信号被消弱，原信号也会发生了变化。而噪声信号和原信号的变化程度均与电容的大小有关。为保证后续电路正确识别电压，电容取值范围是：0．16nf

经过以上探究过程，我们知道，当C很小时，输出波形很接近于原始波形，除噪效果甚微；当c较大时，消噪效果很明显，但是输出波形严重变形，当C在理论计算的范围内时，既能有效除噪，又能尽量保持波形不变，因此在除噪过程中，必须选择合适的电容

总结：原始信号在混入噪声信号后导致原信号受损，为修复原始信号，可利用RC电路中电容的储能性质（或积分性质）来消除电路中的干扰信号，达到消噪的目的。不管是原始波形还是噪声波形，经过电容后，电压突变的地方都会变得平缓，而噪声信号主要是短时间的突变波形，由干扰信号波形图可看出，RC电路对于极短时间内突变的毛刺有很好的消除作用。

遗留问题：在我们的探索中，只针对一种干扰冲击信号进行了试验，因此我们对RC消除噪声电路研究还没有涉及它对不同类型干扰信号消除的能力。

参考文献：

[1]高岩，闻跃，杜普选．基础电路分析(第2版修订本)[M]．北京：北京交通大学出版社，2008