为什么会有工频干扰_工频干扰产生原因及解决方案

工频干扰使我们在开发设计之中常见的现象，工频干扰为何会产生？如何解决呢？下文给你带来详细介绍。

工频干扰产生原因

示波器的低频输入阻抗是很高的。对于高频信号，由于输入电容的容抗下降，输入阻抗就会下降。由于示波器探头的馈线较长，所以，虽然外层是具有屏蔽层的同轴电缆，但对于丁频这么低的频率，几乎没有屏蔽作用。于是，对于工频来说，探头的馈线就相当于“天线”，会捡拾工频电磁波中的电场干扰，在显示屏上显示出工频干扰的波形，且幅度很大（可达十几伏特）。

如果将探头的探针与地线短接，则显示屏上的波形就会消失。这是因为线间的阻抗下降到零阻抗。实际上，凡是低频高阻抗的测量仪器，都会对工频干扰产生反应（T频干扰本身也是很强的干扰源）。

那么，在用示波器进行测量时，工频干扰对测量结果会有什么影响呢？对一般的被测电路而言，其输出阻抗大多比较低，故工频干扰的影响一般反映不出来。即当示波器的探头与输出阻抗较低的被测电路相连时，显示屏上的工频干扰波形会消失。绝大多数的情况下是这样的。但是，如果被测电路测试点的阻抗很高肘（例如高达几百千欧姆），这种影响就会变得显著了。例如要测量一个场效应管放大器输入端的波形，当把测试点选为其输入耦合电容之后的场效应管的栅极，尽管放大器的输入端所接的信号源的阻抗可能很低。但是，由于场效应管放大器的输入电容的容量一般很小（一般为零点几微法或者更小），对于工频来说，阻抗很高，场效应管的输入阻抗也很高，此时工频干扰的影响将会使测量无法进行，必须采取某些措施来消除工频干扰的影响。

工频干扰解决方案

应该说数字滤波器可以有效减小50Hz工频的干扰，完全消除是不可能的。以20ms为最小单位的整倍数周期滤波，可以有效减少工频的干扰。

我们知道，设计数字滤波器，和模拟滤波器的实质，其实就是求一组系数，逼近要求的频率响应。模拟滤波器已经很成熟，因此，数字滤波器的设计，将S平面映射到Z平面就型。采用双线性变化法映射，可以避免多值映射产生的混叠现象。但这有个问题就，模拟域和数字域两者的角频率是非线性的。

平滑滤波器

平滑滤波器是数字滤波中较早使用的方法，该算法简单，处理速度快，滤波效果较好，但存在明显不足，通带较窄，影响有用信号的分析，有严重削峰，设计方法略。

陷波器 notch 滤波器

陷波器，是IIR数字滤波器，有signal notch 滤波器，即单一频率陷波器，以及comb notch滤波器，即梳妆滤波器。

陷波器是无限冲击响应（IIR）数字滤波器，该滤波器可以用以下常系数线性差分方程表示：

式中： x（n）和y（n）分别为输人和输出信号序列； ai和bi为滤波器系数。

对式（1）两边进行z变换，得到数字滤波器的传递函数为：

式中： zi和pi分别为传递函数的零点和极点。

由传递函数的零点和极点可以大致绘出频率响应图。在零点处，频率响应出现极小值；在极点处，频率响应出现极大值。因此可以根据所需频率响应配置零点和极点，然后反向设计带陷数字滤波器。

带阻滤波器

多带滤波器

multiband，属于直接型 FIR滤波器，我们可以用Matlab设计出multiband 陷波器。

巴特沃斯带阻滤波器

巴特沃斯带阻滤波器又称简单整系数带阻滤波器，其原理为一个全通网络，减去一个具有相同延迟和增益的窄带线性相位FIR滤波器，得到一个具有尖锐陷波特性的陷波滤波器。阻带下限截止频率fc1 = 49 Hz，阻带上限截止频率fc2 = 51 Hz，就可以消除50 Hz 的工频干扰。但这种方式，无法滤除50Hz的K此谐波。

首先设计一个中心频率为50Hz的窄带带通滤波器

为了保证2cosw2值为整系数，则w2只能取pi/3，pi/2，2pi/3，但我们采样率为500Hz，因此，再增加一对共轭极点。位置为w = 2pi * 50 / 500，z = e^j* 4 * pi/5处

简单起见，先取K = 1，为了使分子分母是整系数，则M应是5的奇数倍。

所以最终的频率响应函数为：

式中，e的冥应该是5.不是4.

其中心频率pi/5处，取得最大值（2p + 1），因此全通滤波器系数为2p+1，为使得通带幅值为1，则除以2p+1，最后的滤波器频率特性为：

p的选取，决定阻带宽度，越大，则阻带越窄。取P= 50，则阻带1Hz，考虑到电网的活动，取p= 24，但这使得通带波纹增大，故而，增加K。