非線性磁性材料干擾脈沖檢測電路和有源濾波器的設計與調試
一、實驗目的
1、 了解非磁性材料對確定信號的干擾現象。
2、 掌握頻分檢測干擾信號的原理和方法。
3、 學會小信號提取和檢測方法。
4、 學會有源濾波器的設計和調試方法。
二、實驗要求
1．設計一個VCVS(壓控電壓源)型四階巴特沃斯低通濾波器的參數；
2．用LM324 運放搭試電路并調試該濾波器。
3。使用該濾波器設計檢測電路：當干擾存在時，用指示燈告警指示，當干擾不存在時
不報警也不顯示。
三、濾波器設計方法
1． 設計電路：設計指標：截止頻率fc=4.0KHz,放大倍數K=2，階數N=4.
（1）二階巴特沃斯低通濾波器如圖7-01 所示。

（2）四階巴特沃斯低通濾波器是由兩個二階巴特沃斯低通濾波器級聯而成，如圖7-02 所示。

（3）二階巴特沃斯低通濾波器歸一化傳輸函數H(s)為

（1）按圖7-01 電路連接電路,元件數值應盡可能接近設計值，當沒有恰當值的元
件時，可用串/并聯方法獲得。

（2）LM324 有四個運放，本實驗只用其中的兩個運放。注意采用雙電源供電，4
腳接+12V 電源，11 腳接-12V 電源，公共端接地。連接示意圖7-04 如下。

4.電路調試
所謂電路調試就是對所設計的電路進行測試和調整，觀察電路的頻率響應、放大倍數
等特性是否符合設計要求，當不符合設計要求時，可適當調整元件值，使其達到設計要求。
具體方法如下：
（1） 圖7-02 的V1 端接低頻信號源，V2 端接示波器。
（2） 繪頻率響應曲線：信號源頻率置于通帶內的某一頻率，保持輸出幅度在某
一合適數值不變，用示波器觀察輸出幅度，逐點描繪曲線，應得到如圖7-05
所示的歸一化頻率響應曲線。圖中4.0KHz 是3dB 截止頻率。所謂3dB 截
止頻率是指當輸出功率從最大值下降到一半時的頻率，此時歸一化幅度從1.0 下降到0.707。

（3） 若實際測得的曲線當幅度下降到0.707 時的頻率不是4.0KHz，此時應微調
相關元件數值，使3dB 截止頻率正好是4.0KHz。具體方法如下：
（4）若截止頻率偏高，應同時加大R1 和R2。若截止頻率偏低，應同時減小R1 和R2。
（5）放大倍數的調整：由上述計算公式可知，放大倍數與R4/R3 的比值有關：

調整R4,R3 的比值可改變放大倍數K。當R4=R3 時，K=2。
5.實驗要求
(1)仔細閱讀本實驗指導書，寫出實驗預習報告。實驗預習報告的主要內容是(2)計算出
該濾波器的參數，即各電容、電阻的值，設計好電路的連接線圖。
(3)調試好所設計的濾波器電路，截止頻率的偏差不得超過0.5KHz.
(4)寫好實驗報告：報告內容包括實驗原理，電路設計參數，調整過程，頻率響應曲線，
排除故障情況，收獲體會等。
四、干擾信號檢測原理

圖7-1 所示的實驗裝置是由三個線圈組成的，其中A 線圈和B 線圈是串聯的兩個反向
繞制的的初級線圈，C 線圈是次級線圈。C 線圈置于A、B 兩線圈的正中下方。
串聯的A、B線圈的兩端a、b 連接到交流220V降壓變壓器的次級，次級電壓約4V/50HZ。
由于串聯的A、B 線圈的重疊邊電流方向相反，所產生的磁場相互抵消，故C 線圈中不會
產生可觀的50HZ 的感應電勢。但事實上由于位置和結構的不對稱性，在c、d 兩端任有稍
微的50HZ 的電壓信號。此時可以稍微調整A、B、C 三線圈的相對位置，使得示波器在c、
d 兩端觀察到的50HZ 信號最小。

若在該裝置下置下一條非晶磁性材料（如圖7-1 所示），則可用示波器觀察到在一個
50HZ 周期內有兩個干擾脈沖，如圖7-2 所示。當撤去該磁條時，干擾脈沖消失。該實驗的
目的就是要檢測出該干擾脈沖，并告警指示。檢測電路的框圖如圖7-3 所示。

噪聲濾波的作用是濾去C 線圈輸出信號中的高頻噪聲，優化磁性材料干擾脈沖。限幅
放大的作用是提升干擾脈沖的幅度，使之變成陡峭的脈沖信號，以便檢測和驅動告警電路。
檢測電路由學生自己設計。
（4）實驗參考步驟
1． 用示波器觀察C 線圈輸出的磁性材料干擾脈沖，并根據噪聲情況，設計濾波器，濾
去高頻干擾噪聲。
2． 設計干擾脈沖檢測電路和告警電路。
3． 調試電路。
4． 寫出實驗報告。