一種雙二階帶通濾波電路及帶通濾波器的製作方法
2023-07-05 14:26:16
專利名稱：一種雙二階帶通濾波電路及帶通濾波器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電子領域，尤其涉及一種雙二階帶通濾波電路及帶通濾波器。
背景技術：
帶通濾波器作為現有常用的濾波電路廣泛適用於信號處理中，其中雙二階RC帶通濾波器具有Q值高，輸出信號穩定的特點。圖1為現有典型的雙二階RC濾波器，包括積分電路11、低通濾波電路12和反向電路13，該低通濾波電路12的第二輸入端Vin為方波信號輸入端，低通濾波電路12的輸出端與反向電路13的輸入端連接，反向電路13的輸出端Vout為正弦波信號輸出端與積分電路11的輸入端連接，積分電路11的輸出端與低通濾波電路12的第一輸入端連接；其中積分電路11包括:電阻R15、電容C12以及第五運算放大器U5 ;第五運算放大器U5的反向輸入端同時與電阻R15的一端、電容C12的一端連接,第五運算放大器U5的正向輸入端接地，第五運算放大器U5的輸出端為積分電路11的輸出端與電容C12的另一端連接，電阻R15的另一端為積分電路11的輸入端；低通濾波電路12包括:電阻Rl 1、電阻R12、電阻R16、電容Cl I以及第六運算放大器U6 ;電阻R16的一端為低通濾波電路12的第一輸入端，電阻R16的另一端與第六運算放大器U6的反向輸入端連接,第六運算放大器U6的反向輸入端還同時與電阻R12的一端、電容Cll的一端連接，第六運算放大器U6的輸出端為低通濾波電路12的輸出端，第六運算放大器U6的輸出端還同時與電阻R12的另一端、電容Cll的另一端連接,第六運算放大器U6的正向輸入端接地，電阻Rll的一端與第六運算放大器U6的反向輸入端連接，電阻Rll的另一端為低通濾波電路 12的第二輸入端；反向電路13包括:電阻R13、電阻R14以及第七運算放大器U7 ；電阻R13的一端為反向電路13的輸入端，電阻R13的另一端與第七運算放大器U7的反向輸入端連接，第七運算放大器U7的反向輸入端還與電阻R14的一端連接，第七運算放大器U7的輸出端為反向電路13的輸出端與電阻R14的另一端連接，第七運算放大器U7的正向輸入端接地。該電路組成雙二階RC帶通濾波器，輸入方波信號通過電阻Rll從第六運算放大器U6的反向輸入端輸入,從第七運算放大器U7的輸出端輸出正弦波信號。在該電路中，若使C11=C12=C。、R11=R12、R13=R14、R15=R16=R0,則:
IR2頻I= / = ) = 7~ ;
2mi0L qR0S卩，該電路在輸入50%佔空比的方波信號時，輸出為同頻率的、同相位的正弦波信號。但是，由於該電路不能使輸出信號與輸入信號的相位不同，也不能自動調整輸出信號直流偏置點，導致在實際應用中存在諸多局限性，無法滿足目前市場對雙二階濾波電路在信號轉換過程中具有相移差以及信號保真性能的需求。
實用新型內容本實用新型實施例的目的在於提供一種雙二階帶通濾波電路，旨在解決現有雙二階濾波電路輸出信號與輸入信號相位相同、以及不能自動調整輸出信號直流偏置點的問題。本實用新型實施例是這樣實現的，一種雙二階帶通濾波電路，所述電路包括:對輸入方波信號進行低通濾波的低通濾波單元，所述低通濾波單元的第二輸入端為所述雙二階帶通濾波電路的信號輸入端；將經過低通濾波的方波信號進行反向變換的反向單元，所述反向單元的輸入端與所述低通濾波單元的輸出端連接；將經過反向變換的方波信號轉換為正弦波信號，所述正弦波信號與所述輸入方波信號的相移為90°的積分單元，所述積分單元的輸入端與所述反向單元的輸出端連接，所述積分單元的輸出端為所述雙二階帶通濾波電路的信號輸出端與所述低通濾波單元的第一輸入端連接；對輸入方波信號進行零電壓整流，輸出整流信號的整流單元，所述整流單元的輸入端與所述低通濾波單元的第二輸入端連接；對所述整流信號進行分壓，為所述低通濾波單元、所述反向單元和所述積分單元提供偏置電壓，以調整所述正弦波信號不失真的分壓單元，所述分壓單元的輸入端與所述整流單元的輸出端連接，所述分壓單元的輸出端與所述積分單元的偏置電壓端、所述低通濾波單元的偏置電壓端、所述反向單元的偏置電壓端連接。進一步地,所述整流單元包括:電阻R7、第四運算放大器、二極體Dl以及電容C3 ；所述電阻R7的一端為所述整流單元的輸入端，所述電阻R7的另一端與所述第四運算放大器的正向輸入端連接，所述第四運算放大器的輸出端與所述二極體Dl的陽極連接，所述二極體Dl的陰極為所述整流單元的輸出端與所述第四運算放大器的反向輸入端連接，所述第四運算放大器的反向輸入端還通過所述電容C3接地。更進一步地，所述分壓單元包括:電阻R8和電阻R9;所述電阻R8的一端為所述分壓單元的輸入端，所述電阻R8的另一端為所述分壓單元的輸出端與所述電阻R9的一端連接，所述電阻R9的另一端接地。更進一步地，所述積分單元包括:電阻R5、電容C2以及第一運算放大器；所述第一運算放大器的反向輸入端同時與所述電阻R5的一端、所述電容C2的一端連接，所述第一運算放大器的正向輸入端為所述積分單元的偏置電壓端，所述第一運算放大器的輸出端為所述積分單元的輸出端與所述電容C2的另一端連接，所述電阻R5的另一端為所述積分單元的輸入端。更進一步地，所述低通濾波單元包括:電阻R1、電阻R2、電阻R6、電容Cl以及第二運算放大器；所述電阻R6的一端為所述低通濾波單元的第一輸入端，所述電阻R6的另一端與所述第二運算放大器的反向輸入端連接，所述第二運算放大器的反向輸入端還同時與所述電阻R2的一端、所述電容Cl的一端連接，所述第二運算放大器的輸出端為所述低通濾波單元的輸出端，所述第二運算放大器的輸出端還同時與所述電阻R2的另一端、所述電容Cl的另一端連接，所述第二運算放大器的正向輸入端為所述低通濾波單元的偏置電壓端，所述電阻Rl的一端為所述低通濾波單元的第二輸入端，所述電阻Rl的另一端與所述第二運算放大器的反向輸入端連接。更進一步地,所述反向單元包括:電阻R3、電阻R4以及第三運算放大器；所述電阻R3的一端為所述反向單元的輸入端，所述電阻R3的另一端與所述第三運算放大器的反向輸入端連接，所述第三運算放大器的反向輸入端還與所述電阻R4的一端連接，所述第三運算放大器的輸出端為所述反向單元的輸出端與所述電阻R4的另一端連接，所述第三運算放大器的正向輸入端為所述反向單元的偏置電壓端。更進一步地，所述第一運算放大器、所述第二運算放大器、所述第三運算放大器或所述第四運算放大器為LM6152型集成高速放大器。本實用新型實施例的另一目的在於提供一種採用上述雙二階帶通濾波電路的帶通濾波器。本實用新型實施例將積分單元的輸出端作為輸出信號的輸出埠，使得輸入信號與輸出信號產生90°相移，並通過零電壓整流以及偏置電壓調節，使得在輸入信號幅度變化時，電路自動調整直流偏置點，輸出最大不失真信號，該電路體積小、可靠性高、實現簡單。
圖1為現有雙二階RC濾波器的結構圖；圖2為本實用新型實施例提供的雙二階帶通濾波電路的結構圖；圖3為本實用新型實施例提供的雙二階帶通濾波電路的示例電路圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。本實用新型實施例將積分單元的輸出端作為輸出信號的輸出埠，使得輸入信號與輸出信號產生90°相移，並通過零電壓整流以及偏置電壓調節，使得在輸入信號幅度變化時，電路自動調整直流偏置點，輸出最大不失真信號。圖2示出了本實用新型實施例提供的雙二階帶通濾波電路的結構，為了便於說明，僅示出了與本實用新型相關的部分。作為本實用新型一實施例，該雙二階帶通濾波電路可以應用於各種帶通濾波器中，該雙二階帶通濾波電路包括:對輸入方波信號進行低通濾波的低通濾波單元21，該低通濾波單元21的第二輸入端in2為雙二階帶通濾波電路的信號輸入端IN ；將經過低通濾波的方波信號進行反向變換的反向單元22，該反向單元22的輸入端與低通濾波單元21的輸出端連接；將經過反向變換的方波信號轉換為正弦波信號，正弦波信號與輸入方波信號的相移為90°的積分單元23，該積分單元23的輸入端與反向單元22的輸出端連接，積分單元23的輸出端為雙二階帶通濾波電路的信號輸出端OUT與低通濾波單元21的第一輸入端ini連接；對輸入方波信號進行零電壓整流，輸出整流信號的整流單元24，該整流單元24的輸入端與低通濾波單元21的第二輸入端連接；對整流信號進行分壓，為低通濾波單元21、反向單元22和積分單元23提供偏置電壓，以調整正弦波信號不失真的分壓單元25，該分壓單元25的輸入端與整流單元24的輸出端連接，分壓單元25的輸出端與積分單元23的偏置電壓端、低通濾波單元21的偏置電壓端、反向單元22的偏置電壓端連接。在本實用新型實施例中，輸入(方波)信號經低通濾波、反向轉換，將積分單元23的輸出端作為輸出(正弦波)信號的輸出埠，使得該方波信號經過積分單元23後頻率不變、相移為90°，並且通過整流單元24對小信號方波進行零電壓整流，使得輸出電壓幅值與輸入電壓幅值基本相等，再通過分壓單元25向低通濾波單元21、反向單元22和積分單元23提供的偏置電壓，低通濾波單元21、反向單元22和積分單元23中的運算放大器根據該偏置電壓設置輸出信號的偏置點，該偏置點根據輸入信號的浮動變化，自動調整直流偏置點，達到接近運放的最大輸出動態範圍，以輸出最大不失真信號。本實用新型實施例將積分單元的輸出端作為輸出信號的輸出埠，使得輸入信號與輸出信號產生90°相移，並通過零電壓整流以及偏置電壓調節，使得在輸入信號幅度變化時，電路自動調整直流偏置點，輸出最大不失真信號，該電路體積小、可靠性高、實現簡單。圖3示出了本實用新型實施例提供的雙二階帶通濾波電路的示例電路，為了便於說明，僅示出了與本實用新型相關的部分。作為本實用新型一實施例，該低通濾波單元21包括:電阻R1、電阻R2、電阻R6、電容Cl以及第二運算放大器U2;電阻R6的一端為低通濾波單元21的第一輸入端，電阻R6的另一端與第二運算放大器U2的反向輸入端連接，第二運算放大器U2的反向輸入端還同時與電阻R2的一端、電容Cl的一端連接，第二運算放大器U2的輸出端為低通濾波單元21的輸出端，第二運算放大器U2的輸出端還同時與電阻R2的另一端、電容Cl的另一端連接，第二運算放大器U2的正向輸入端為低通濾波單元21的偏置電壓端，電阻Rl的一端為低通濾波單元21的第二輸入端，電阻Rl的另一端與第二運算放大器U2的反向輸入端連接。該反向單元22包括:電阻R3、電阻R4以及第三運算放大器U3 ；電阻R3的一端為反向單元22的輸入端，電阻R3的另一端與第三運算放大器U3的反向輸入端連接，第三運算放大器U3的反向輸入端還與電阻R4的一端連接，第三運算放大器U3的輸出端為反向單元22的輸出端與電阻R4的另一端連接，第三運算放大器U3的正向輸入端為反向單元22的偏置電壓端。該積分單元23包括:電阻R5、電容C2以及第一運算放大器Ul ；第一運算放大器Ul的反向輸入端同時與電阻R5的一端、電容C2的一端連接,第一運算放大器Ul的正向輸入端為積分單元23的偏置電壓端，第一運算放大器Ul的輸出端為積分單元23的輸出端與電容C2的另一端連接，電阻R5的另一端為積分單元23的輸入端。在本實用新型實施例中，由於電容C2和第一運算放大器Ul組成積分器，而輸出信號改為從第一運算放大器Ul的輸出端輸出，因此輸入信號和輸出信號產生90°相位差，頻率不變。該整流單元24包括:電阻R7、第四運算放大器U4、二極體Dl以及電容C3;電阻R7的一端為整流單元24的輸入端，電阻R7的另一端與第四運算放大器U4的正向輸入端連接，第四運算放大器U4的輸出端與二極體Dl的陽極連接，二極體Dl的陰極為整流單元24的輸出端與第四運算放大器U4的反向輸入端連接，第四運算放大器U4的反向輸入端還通過電容C3接地。在本實用新型實施例中，電阻R7、第四運算放大器U4、二極體Dl和電容C3構成一個小信號零電壓整流電路，該零電壓整流電路壓降低，能使輸出直流電壓幅值與輸入信號電壓幅值基本相等，對該輸出直流電壓和輸入信號同比例分壓後值基本相等。 該分壓單元25包括:電阻R8和電阻R9 ；電阻R8的一端為分壓單元25的輸入端，電阻R8的另一端為分壓單元25的輸出端與電阻R9的一端連接，電阻R9的另一端接地。在本實用新型實施例中，R8、R9構成一個分壓電路，根據所選的第一運算放大器U1、第二運算放大器U2、第三運算放大器U3的最大不失真輸出電壓範圍特性，選取電阻R8和電阻R9合適的分壓比例，設置分壓點(直流輸出偏置電壓點)Vl為第一運算放大器U1、第二運算放大器U2、第三運算放大器U3最大不失真輸出電壓的中點，該直流輸出偏置電壓Vl隨輸入信號電壓的幅度浮動。該直流輸出偏置電壓Vl作為直流偏置基準電壓，提供給第一運算放大器U1、第二運算放大器U2、第三運算放大器U3的正向輸入端，設定了輸出信號的偏置點。該偏置電壓Vl隨輸入信號幅度浮動，在輸入信號幅度變化時，由於偏置點浮動，可以使輸出電壓幅度接近第一運算放大器U1、第二運算放大器U2、第三運算放大器U3的最大不失真輸出電壓。作為本實用新型一實施例，第一運算放大器U1、第二運算放大器U2、第三運算放大器U3以及第四運算放大器U4均可以採用通用型運算放大器，還可以優選採用LM6152型集成高速放大器。作為本實用新型一具體實施例，設置第一運算放大器U1、第二運算放大器U2、第三運算放大器U3、第四運算放大器U4選用LM6152型集成高速放大器，二極體Dl選用 1N4148，電阻阻值為:R1=R2=260KQ，R3=R4=10KQ , R5=R6=19.854K Ω，R7=70K Ω ,R8=45.7ΚΩ，R9=54.3ΚΩ，電容值為:C1=C2=0.0luF, C3=luF，電源電壓為 5V ；當輸入信號佔空比為50%、頻率為800Hz、電壓為4.6V的方波時，可以設定分壓比例為0.543，使直流偏置電壓Vl為2.5V，則輸出為同頻率、相位相差90°正弦波，此時最大不失真信號幅度可以達到4.6V，接近電源電壓。本實用新型實施例的另一目的在於提供一種採用上述雙二階帶通濾波電路的帶通濾波器。本實用新型實施例將積分單元的輸出端作為輸出信號的輸出埠，使得輸入信號與輸出信號產生90°相移，並通過零電壓整流以及偏置電壓調節，使得在輸入信號幅度變化時，電路自動調整直流偏置點，輸出最大不失真信號，該電路體積小、可靠性高、實現簡單。 以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種雙二階帶通濾波電路，其特徵在於，所述電路包括: 對輸入方波信號進行低通濾波的低通濾波單元，所述低通濾波單元的第二輸入端為所述雙二階帶通濾波電路的信號輸入端； 將經過低通濾波的方波信號進行反向變換的反向單元，所述反向單元的輸入端與所述低通濾波單元的輸出端連接； 將經過反向變換的方波信號轉換為正弦波信號，所述正弦波信號與所述輸入方波信號的相移為90°的積分單元，所述積分單元的輸入端與所述反向單元的輸出端連接，所述積分單元的輸出端為所述雙二階帶通濾波電路的信號輸出端與所述低通濾波單元的第一輸入端連接； 對輸入方波信號進行零電壓整流，輸出整流信號的整流單元，所述整流單元的輸入端與所述低通濾波單元的第二輸入端連接； 對所述整流信號進行分壓，為所述低通濾波單元、所述反向單元和所述積分單元提供偏置電壓，以調整所述正弦波信號不失真的分壓單元，所述分壓單元的輸入端與所述整流單元的輸出端連接，所述分壓單元的輸出端與所述積分單元的偏置電壓端、所述低通濾波單元的偏置電壓端、所述反向單元的偏置電壓端連接。
2.按權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述整流單元包括: 電阻R7、第四運算放大器、二極體Dl以及電容C3 ； 所述電阻R7的一端為所述整流單元的輸入端，所述電阻R7的另一端與所述第四運算放大器的正向輸入端連接，所述第四運算放大器的輸出端與所述二極體Dl的陽極連接，所述二極體Dl的陰極為所述整流單元的輸出端與所述第四運算放大器的反向輸入端連接，所述第四運算放大器的反向輸入端還通過所述電容C3接地。`
3.按權利要求1或2所述的電路，其特徵在於，所述分壓單元包括: 電阻R8和電阻R9 ； 所述電阻R8的一端為所述分壓單元的輸入端，所述電阻R8的另一端為所述分壓單元的輸出端與所述電阻R9的一端連接，所述電阻R9的另一端接地。
4.按權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述積分單元包括: 電阻R5、電容C2以及第一運算放大器； 所述第一運算放大器的反向輸入端同時與所述電阻R5的一端、所述電容C2的一端連接，所述第一運算放大器的正向輸入端為所述積分單元的偏置電壓端，所述第一運算放大器的輸出端為所述積分單元的輸出端與所述電容C2的另一端連接，所述電阻R5的另一端為所述積分單元的輸入端。
5.按權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述低通濾波單元包括: 電阻R1、電阻R2、電阻R6、電容Cl以及第二運算放大器； 所述電阻R6的一端為所述低通濾波單元的第一輸入端，所述電阻R6的另一端與所述第二運算放大器的反向輸入端連接，所述第二運算放大器的反向輸入端還同時與所述電阻R2的一端、所述電容Cl的一端連接，所述第二運算放大器的輸出端為所述低通濾波單元的輸出端，所述第二運算放大器的輸出端還同時與所述電阻R2的另一端、所述電容Cl的另一端連接，所述第二運算放大器的正向輸入端為所述低通濾波單元的偏置電壓端，所述電阻Rl的一端為所述低通濾波單元的第二輸入端，所述電阻Rl的另一端與所述第二運算放大器的反向輸入端連接。
6.按權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述反向單元包括: 電阻R3、電阻R4以及第三運算放大器； 所述電阻R3的一端為所述反向單元的輸入端，所述電阻R3的另一端與所述第三運算放大器的反向輸入端連接，所述第三運算放大器的反向輸入端還與所述電阻R4的一端連接，所述第三運算放大器的輸出端為所述反向單元的輸出端與所述電阻R4的另一端連接，所述第三運算放大器的正向輸入端為所述反向單元的偏置電壓端。
7.一種帶通濾波器，其特徵在於，所述 帶通濾波器包括如權利要求1至6任一項所述的雙二階帶通濾波電路。
專利摘要本實用新型適用於電子領域，提供了一種雙二階帶通濾波電路及帶通濾波器，所述電路包括低通濾波單元，所述低通濾波單元的第二輸入端為雙二階帶通濾波電路的信號輸入端；與低通濾波單元連接的反向單元；與低通濾波單元和反向單元連接的積分單元，所述積分單元的輸出端為雙二階帶通濾波電路的信號輸出端；與低通濾波單元連接的整流單元；與整流單元連接的分壓單元，所述分壓單元的輸出端與積分單元、低通濾波單元、反向單元的偏置電壓端連接。本實用新型將積分單元的輸出端作為輸出信號的輸出埠，使得輸入信號與輸出信號產生90°相移，並通過零電壓整流以及偏置電壓調節，使得在輸入信號幅度變化時，電路自動調整直流偏置點，輸出最大不失真信號。
文檔編號H03H7/12GK202931258SQ20122060058
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者陳彩蘭, 劉國強 申請人:深圳市振華微電子有限公司