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热电偶滤波电路原理

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发表于 2025-3-2 08:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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! l: a/ O0 Z. b1 b点击上方蓝色字体,关注我们
( ~7 P# N$ N/ F& {2 K2 e5 h2 r+ S! l1 }0 t

( ?0 ?  b* r% K  r热电偶测温电路中的输入信号往往伴随噪声和干扰。* R$ u% ?8 l% K* n6 _, f0 M

! A6 Z; Y# v% |* K为抑制噪声、提升测温精度,通常需要在ADC前端设计低通滤波器。
- |' c" q7 K4 b. O: F1 i7 u: p) V. i* L" O- X; {. O
以下是设计无源滤波电路时需要考虑的关键因素:
/ q# z) J" Z( Q  z15 @5 j2 E3 |: f" J) Q
滤波器类型与阶数) n- `5 a/ J: y0 }$ D% J; k
一阶低通滤波器:结构简单,适合对低频噪声进行初步抑制。其截止频率 fcf_cfc 由公式计算:) _( G6 _* ?1 b- X( p% {; I: x0 l

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8 u' [2 e2 u& U) s# {- g
2 d2 W6 U! r& ^% g
示例电路如下图所示,截止频率设定为约48.85Hz。8 w8 J" O( k% _: l
' \# N$ W' p6 n" ~3 ]* N" d

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3 D5 [, X" V9 v" a5 L

9 ]* y- @8 v- h3 @. W

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6 s* K4 a0 C$ w8 H) |9 w9 d+ {6 N$ p

+ R- d4 ?% A7 E2 x/ {) f二阶低通滤波器:相比一阶滤波器,二阶结构可实现更陡峭的衰减,提高对高频噪声的抑制效果。; Z# D' O! i" X- ^7 L; S- D6 b; o
9 c6 {0 H0 W( P
二阶电路示意如下图所示,显示截止频率约为24.56Hz。
4 \; z/ Y4 h* x
( e8 A; g% ^1 C' H4 b5 D( m

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" y6 t4 W5 c/ z# l- d6 V, y: R
' ]* B! t, H9 }' g* E; S+ j

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  f0 |& h1 K1 i+ v3 d/ h) N2
# h8 }4 R# N4 D# ?* E1 m) T滤波器参数设计
5 d4 ~+ x, X6 N  @6 w, m) R/ V截止频率选择
8 Q+ L+ d$ m/ |* X1 |; k  \- N  \( a3 [: b5 H1 x  Q9 H
  • 低截止频率:对高频噪声有更强抑制能力,但过低可能导致响应时间变长、滤波器元件成本增加。
  • 高截止频率:响应速度快,但对工频(50Hz)干扰的抑制效果可能不足。一般将截止频率设计在30Hz~40Hz范围内,兼顾响应速度与抗干扰能力。[/ol]- G1 ^9 |' j% Q8 {% @
    阻容元件选择
    & a* b' q8 l) p! P4 f/ X/ }' @7 H) [; q7 {  G& M
  • 电阻值:需平衡滤波效果与采样电压建立时间,推荐电阻值不超过500Ω。
  • 电容值:大容值电容有利于降低截止频率,但可能增大电路体积与成本。例如,将一阶低通滤波器的截止频率设为25Hz时, C3C_3C3 的容值接近8μF。[/ol]/ e" v6 {* H! l. Z0 n9 C* @
    温漂与压电效应
    8 J! q! b7 b3 s! N1 e  z* v$ D' x# o
    滤波器元件的温漂(电阻温度系数)和压电效应(电容机械应力影响)会引入额外误差,需选用高精度、低温漂的元件,如金属膜电阻和钽电容。
    ) j" k8 T* d% p4 l  I  R3+ t& f# `. p# f7 J; i
    设计余量
    9 }: i2 ]0 r1 T& G. v% \4 R! `为了保证滤波性能,设计中需要预留一定余量。& ~  D; E+ O% i- G: ?. Y

    3 Z) l, L( ]* W- k4 U& E% l# w例如,将理论截止频率稍微降低,以应对温漂等不可控因素的影响。, U" q2 X2 k6 ]# I5 u; @: ?
    多级滤波器设计
    # b0 ^& U( ]: h若需要更精确的高频噪声抑制,可在二阶滤波基础上进一步增加滤波级数。需权衡级数与响应时间的关系,避免过度复杂化。
    $ u; J) l+ a) j共模与差模噪声的区分# ]7 Y! f  P2 _  |1 V
    根据经验,共模电容值 Ccm 通常比差模电容 Cdm 小10倍以上,以避免引入过大的共模失调。
    . e5 G) N9 R, T+ `; }0 o滤波电路与热电偶布线
    7 k0 ^: {/ C8 V* f4 O( \9 F+ ^2 f" j- K* ~$ h, U0 m  U  {
  • 热电偶信号线应使用屏蔽线,降低外界电磁干扰。
  • 滤波电路需尽量靠近ADC,减少长线引入的噪声。3 f3 T: ?9 \$ r
    [/ol]
    , R4 X* F9 H  a0 ~5 n0 L0 J9 T

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