一種低階帶通濾波電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種低階帶通濾波電路，其包括：第一運算放大器，第二運算放大器，第一電阻，第二電阻，第三電阻，第四電阻，第五電阻，第六電阻，第一電容器和第二電容器；其中所述帶通濾波電路中的第一運算放大器與第三電阻、第四電阻和第五電阻一起構(gòu)成一個求和放大器，而第二運算放大器與第一電阻、第二電阻、第六電阻以及第一電容器和第二電容器一起構(gòu)成一個二階帶通濾波器，而所述求和放大器和所述二階帶通濾波器組合在一起形成一個復(fù)合帶通濾波器。
【專利說明】一種低階帶通濾波電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種低階帶通濾波電路。
【背景技術(shù)】
[0002]對于輸入帶通濾波電路的信號，通常希望通帶外的信號增益在極小的頻率范圍內(nèi)迅速下降，這種增益下降的陡峭程度與帶通濾波器的Q值相關(guān)，Q值越大，下降速度越快。一般情況下，Q值越大，電路的階次越高，制造成本也就越高。
[0003]目前，帶通濾波的設(shè)計已經(jīng)有多種方案。有的方案簡單，但電路系統(tǒng)的階次較低，難以實現(xiàn)增益從通帶到阻帶的快速過渡，即Q值較低。有的方案復(fù)雜，電路系統(tǒng)的階次也高，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的陡峭程度，但是在電路的實際制造時，成本過高。此外，其他一些方案不僅有上述缺點，而且采用了一些難以集成制造的元器件，例如電感元件，導(dǎo)致電路制造的集成度大打折扣。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有方案存在的主要缺點為:帶通濾波電路的階次和Q值存在矛盾關(guān)系。這就導(dǎo)致難以用低階次的方式去實現(xiàn)一個高Q值的電路特性。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型提供了一種低階帶通濾波電路，其包括:
[0006]第一運算放大器，第二運算放大器，第一電阻，第二電阻，第三電阻，第四電阻，第五電阻，第六電阻，第一電容器和第二電容器；
[0007]其特征在于所述第三電阻的一端接收輸入信號，該第三電阻的另一端分別連接至第四電阻的一端、第五電阻的一端、以及第一運算放大器的負輸入端，該第一運算放大器的正輸入端接地，該第一運算放大器的輸出端分別連接第五電阻的另一端和第一電阻的一端，該第一電阻的另一端分別連接第六電阻的一端、第一電容器的一端和第二電容器的一端，第六電阻的另一端接地，該第一電容器的另一端連接第二電阻器的一端，該第一電容器的另一端還連接第二運算放大器的輸出端，第二電容器的另一端連接第二電阻器的另一端，該第二電容器的另一端還連接第二運算放大器的負輸入端，該第二運算放大器的正輸入端接地，第四電阻的另一端連接第二運算放大器的輸出端，該第二運算放大器的輸出端向外輸出信號。
[0008]其中，第一電阻的阻值為44.2kQ，第二電阻的阻值為88.7kQ，第三電阻的阻值為301kQ ;第四電阻的阻值為121kQ，第五電阻的阻值為IOOkQ，第六電阻的阻值為221 Ω,第一電容器和第二電容器的電容值均為10nF。
[0009]通過比較現(xiàn)有的技術(shù)方案，本實用新型提出的低階帶通濾波電路可以在實現(xiàn)較低階次的前提下，具有較高Q值，從而使通帶和阻帶的頻率轉(zhuǎn)移間隔更窄，使得帶通濾波能夠在通帶和阻帶之間快速過渡，實現(xiàn)了更加陡峭的頻率截止特性和更好的濾波效果。
【專利附圖】

【附圖說明】[0010]圖1是本實用新型的低階帶通濾波電路的原理圖；
[0011]圖2是常規(guī)的二階帶通濾波電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0012]圖1是本實用新型的低階帶通濾波電路的原理圖。如圖所示，本實用新型的帶通濾波電路包括:第一運算放大器0P2，第二運算放大器0P3，第一電阻R1，第二電阻R2，第三電阻R3，第四電阻R4，第五電阻R5，第六電阻R6，第一電容器Cl和第二電容器C2。其中，所述第三電阻R3的一端接收輸入信號V(in)，該第三電阻R3的另一端分別連接至第四電阻R4的一端、第五電阻R5的一端、以及第一運算放大器0P2的負輸入端，該第一運算放大器0P2的正輸入端接地，該第一運算放大器0P2的輸出端分別連接第五電阻R5的另一端和第一電阻Rl的一端，該第一電阻Rl的另一端分別連接第六電阻R6的一端、第一電容器Cl的一端和第二電容器C2的一端,第六電阻R6的另一端接地,該第一電容器Cl的另一端連接第二電阻器R2的一端，該第一電容器Cl的另一端還連接第二運算放大器0P3的輸出端，第二電容器C2的另一端連接第二電阻器R2的另一端，該第二電容器C2的另一端還連接第二運算放大器0P3的負輸入端，第二運算放大器0P3的正輸入端接地，第四電阻R4的另一端連接第二運算放大器0P3的輸出端，該第二運算放大器0P3的輸出端還向外輸出信號
V(out)。
[0013]所述帶通濾波電路中的第一運算放大器0P2與第三電阻R3、第四電阻R4和第五電阻R5 —起構(gòu)成一個求和放大器，而第二運算放大器0P3與第一電阻R1、第二電阻R2、第六電阻R6以及第一電容器Cl和第二電容器C2 —起構(gòu)成一個二階帶通濾波器，而所述求和放大器和所述二階帶通濾波器組合在一起形成一個復(fù)合帶通濾波器，這樣的復(fù)合帶通濾波器在保持階次和中心頻率的同時，提高了復(fù)合帶通級的Q值。經(jīng)過復(fù)合帶通濾波器的濾波，通帶內(nèi)的信號被選擇，阻帶內(nèi)的信號被阻止，形成了較窄的通帶和阻帶之間的過渡帶；最后通帶內(nèi)的信號經(jīng)由所述第二運算放大器的輸出端輸出。
[0014]下面將具體說明本實用新型的帶通濾波電路是如何以低階次來實現(xiàn)高Q值的。
[0015]圖2是常規(guī)的二階帶通濾波電路的原理圖。為了能更清楚的顯示出對比結(jié)果，圖2所示的電路使用了同圖1所示的電路中相同的第一電阻R1、第二電阻R2、第六電阻R6、第一電容器Cl、第二電容器C2以及第二運算放大器0P3，還有相同的輸入信號V (in)。
[0016]在圖2中，對于節(jié)點電壓V1而言，第二運算放大器0P3起到了微分器的作用，所以
V(out)可以表示如下:
[0017]V (out) =-s R2C2V1 (I)
[0018]其中，s表示復(fù)數(shù)頻率。
[0019]根據(jù)戴維南等效定理，將電阻Rl和R6的值等效為R’，其中Rl| |R6=R’，所述“R1 R6”表示Rl與R6并聯(lián)，大小關(guān)系為:1/R，=1/(Rl)+1/(R6);對節(jié)點A的電流分析可得:
[0020][V(in) -V1]/R，+[V(out)-V1] SC1+[O-V1] s C2=O (2)
[0021]令s取jw，代入上式，結(jié)合式(I)可得，
[0022]H(jw) =V(out)/V(in) = [-jw R2C2]/[1-W2Rj R2C1C2+jw R，(CfC2)] (3)
[0023]為了方便討論，令第一電容器Cl和第二電容器C2的電容值相等，即C1=C2=C ;將式(3)表示為標準二階響應(yīng)式，可得中心頻率%、Q值和諧振增益H的表達式:
[0024]W0= I/C(RJ R2)172 (4)
[0025]Q=(R2/R，)1/2/2 (5)
[0026]H=-(R2/2R> ) (R1)Z(R^R6) (6)
[0027]分析以上三式，可得出:在一定的中心頻率Wtl的前提下，即通過信號的中心頻率的前提下，過高的Q值必然會導(dǎo)致更高的H值，H值過大將會導(dǎo)致運算放大器處于飽和狀態(tài)，以致使帶通濾波器無法工作。所以如果單獨使用圖2所示的帶通濾波器，在保證二階次和W0的前提下，將無法獲得較高的Q值，也就不能在通帶和阻帶之間進行快速過渡。
[0028]下面將結(jié)合圖1來說明本實用新型的帶通濾波電路可以在保持Wtl和二階次的前提下，提聞Q值。
[0029]由于第一運算放大器0P2和第三阻R3、第四電阻R4和第五電阻R5 —起構(gòu)成求和放大器，結(jié)合對圖2的分析及上述公式，可以得到:
[0030]V (out) =H*H(jw) [- (R5/R3) V (in) - (R5/R4) V (out) ] (7)
[0031]將式(7)整理可得到復(fù)合帶通濾波器的傳遞函數(shù):
[0032]V (out) /V (in) =Hnew [ (jw/ff0) /Qnew] / [1- (w/ff0) 2+(jw/ff0) /Qnew] (8)
[0033]其中\(zhòng)、Qnew和Hmw分別為復(fù)合帶通濾波器的中心頻率、復(fù)合Q值和復(fù)合諧振增益Hnew,它們的表達式如下:
[0034]W0= I/C(RJ R2)172 (9)
[0035]Qnew=Q/ [ I + (R5/R4) H] (10)
[0036]Hnew=-(R5/R3) (Q廳/Q) H (11)
[0037]從式(8)可以得到本實用新型的帶通濾波電路仍然保持二次響應(yīng)。
[0038]對比公式(9)- (11)和公式(4)- (6)，可以得出:在保持圖2中的二階帶通濾波器的中心頻率Wtl和階次的同時，相對比于圖1中的帶通濾波器，實現(xiàn)了更高的Qnew值，同時在保持較高Q-值的同時，可以調(diào)節(jié)諧振增益HnOT。例如，使第四電阻R4的值不變，通過改變第五電阻R5的值來調(diào)節(jié)Qnew值，然后通過改變第三電阻R3來調(diào)節(jié)Hnew值。通過比較現(xiàn)有的技術(shù)方案，本實用新型提出的帶通濾波電路可以在實現(xiàn)較低階次的前提下，具有較高Q值，從而使通帶和阻帶的頻率轉(zhuǎn)移間隔更窄，使得帶通濾波能夠在通帶和阻帶之間快速過渡，實現(xiàn)了更加陡峭的頻率截止特性和更好的濾波效果。
[0039]另外，本實用新型提供一個實例來更加具體的說明。
[0040]例如，可以使Rl=44.2kQ ;R6=221Q ;R2=88.7kQ ；R3=301kQ ；
[0041]R4=121kQ ；R5=100kQ ；Cl=C2=10nF ；
[0042]在圖2所示的帶通濾波電路中采用上述元器件，根據(jù)公式(4)、(5)、
[0043](6)可得:
[0044]ff0=22608 (rad/s);
[0045]Q=IO;
[0046]H |=1 (V0Ai)；
[0047]在本實用新型提供的圖1所示的帶通濾波電路中，根據(jù)公式(9)、
[0048](10)、(11)可得:
[0049]ff0=22608 (rad/s);[0050]Q廳=60 ；
[0051]I Hnew I =2 (V0Ai);
[0052]對比上述計算結(jié)果，可以得出:
[0053]在保持中心頻率Wtl和階次的同時，本實用新型的復(fù)合帶通濾波器實現(xiàn)了更高的Qm值，同時在保持較高Qm的同時，可以調(diào)節(jié)諧振增益hmw。例如，所舉例子中，IhiJ =2(v。/ViX
【權(quán)利要求】
1.一種低階帶通濾波電路，其包括: 第一運算放大器，第二運算放大器，第一電阻，第二電阻，第三電阻，第四電阻，第五電阻，第六電阻，第一電容器和第二電容器； 其特征在于所述第三電阻的一端接收輸入信號，該第三電阻的另一端分別連接至第四電阻的一端、第五電阻的一端、以及第一運算放大器的負輸入端，該第一運算放大器的正輸入端接地，該第一運算放大器的輸出端分別連接第五電阻的另一端和第一電阻的一端，該第一電阻的另一端分別連接第六電阻的一端、第一電容器的一端和第二電容器的一端，第六電阻的另一端接地，該第一電容器的另一端連接第二電阻器的一端，該第一電容器的另一端還連接第二運算放大器的輸出端，第二電容器的另一端連接第二電阻器的另一端，該第二電容器的另一端還連接第二運算放大器的負輸入端，該第二運算放大器的正輸入端接地，第四電阻的另一端連接第二運算放大器的輸出端，該第二運算放大器的輸出端向外輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的低階帶通濾波電路，其中第一電阻的阻值為44.2kQ，第二電阻的阻值為88.7k Ω，第三電阻的阻值為301k Ω ;第四電阻的阻值為121k Ω，第五電阻的阻值為IOOkQ，第六電阻的阻值為221 Ω，第一電容器和第二電容器的電容值均為10nF。
【文檔編號】H03H11/46GK203537349SQ201320656820
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】焦再強, 王啟銀, 武登峰, 胡冰, 李笑天, 羅昕, 施俊國, 趙銳 申請人:國家電網(wǎng)公司, 山西省電力公司大同供電分公司