CN106059535B - 陷波频率连续可调的滤波电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种陷波频率连续可调的滤波电路，包括控制端、第一电阻开关串联模块、第二电阻开关串联模块、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、运放A1以及运放A2。本发明通过开关调制可保证陷波电路的陷波频率连续变化，克服了现有电路陷波频率固定不变的缺点；本发明的品质因数在陷波频率变化时保持不变，也就是本发明在所有陷波频率处的陷波特性保持不变。

Description

陷波频率连续可调的滤波电路
技术领域
本发明涉及电子电路，具体地，涉及一种陷波频率连续可调的滤波电路。
背景技术
在电子电路的设计和应用中，对电信号中的某一频率的干扰信号进行滤除是最常见的处理技术之一，其基本方法是设计合适陷波滤波器。例如，图1就是一种常见的双T陷波电路，该陷波电路的网络函数H(s)为：
其中，陷波频率ω0为：
品质因数Q为：
在实际应用中，一旦元件参数被选定，则电路的特性不再发生变化，亦即陷波频率ω0和品质因数Q不再变化。在某些场合，被滤除的干扰信号的频率是变化的，选用固定参数的陷波电路无法滤除频率是变化的干扰信号。因此，设计一种陷波频率随干扰信号频率变化的陷波电路具有很好的实用价值。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种陷波频率连续可调的滤波电路。
根据本发明提供的陷波频率连续可调的滤波电路，包括控制端、第一电阻开关串联模块、第二电阻开关串联模块、电阻R1、电阻R2、电阻R5电容C1、电容C2、电容C3、运放A1以及运放A2；
其中，第一电阻开关串联模块的一端通过第二电阻开关串联模块连接所述运放A1的同相输入端，另一端连接信号输入端；
电容C3的一端连接第一电阻开关串联模块的一端，另一端连接所述电阻R5的一端；电容C1的一端连接所述信号输入端，另一端连接电阻R5的一端、电容C2的一端；电容C2的另一端连接运放A1的同相输入端；
电阻R1的一端接地，另一端连接电阻R2的一端、运放A2的同相输入端；电阻R2的另一端连接运放A1的输出端；运放A1的反相输入端连接运放A1的输出端；运放A2的反相输入端连接运放A2的输出端；
控制信号输入端连接第一电阻开关串联模块中开关S1的控制端、第二电阻开关串联模块开关S2的控制端，用于控制第一电阻开关串联模块中开关S1、第二电阻开关串联模块开关S2通断。
优选地，所述第一电阻开关串联模块包括电阻R3、开关S1；所述第二电阻开关串联模块包括电阻R4、开关S2；
其中，所述开关S1的一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接开关S2的一端，开关S2的另一端的连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接所述运放的同相输入端；
电容C3的一端连接所述电阻R3的另一端。
优选地，所述第一电阻开关串联模块包括电阻R3、开关S1；所述第二电阻开关串联模块包括电阻R4、开关S2；
其中，所述开关S1的一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端的连接开关S2的一端，开关S2的另一端连接所述运放的同相输入端；
电容C3的一端连接所述电阻R3的另一端。
优选地，电阻R3和电阻R4的阻值相同；
电阻R5的阻值为电阻R3或电阻R4阻值的1/2。
优选地，电容C1和电容C2的容量相同；
电容C3的容量为电容C1或电容C2容量的2倍。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过开关调制可保证陷波电路的陷波频率连续变化，克服了现有电路陷波频率固定不变的缺点；
2、本发明的品质因数在陷波频率变化时保持不变，也就是本发明在所有陷波频率处的陷波特性(滤除陷波频率信号的能力)保持不变。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为现有技术中双T陷波电路的示意图
图2为本发明中陷波频率连续可调的滤波电路的一种结构示意图；
图3为本发明中陷波频率连续可调的滤波电路的另一种结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图2所示，本发明在两个R电阻支路上串联连接了两个模拟电子开关S1和S2。模拟电子开关S1和S2可以通过在控制端C加入控制信号来控制模拟电子开关S1和S2打开或闭合。在本发明中，假定在控制端C接逻辑高电平，开关闭合，而在控制端C接逻辑低电平，开关断开。
本发明提供的陷波频率连续可调的滤波电路的工作原理为：通过在控制端C输入合适的脉宽调制信号，控制模拟电子开关S1和S2的通断，改变开关电阻串联支路电阻的等效值，从而改变电路的频率特性。如图2所示，在控制端C输入周期为T的控制信号，在一个周期中开关闭合的时间为TT，则控制信号的占空比为α＝TT/T。这样，两个开关电阻支路的等效电阻Req为
由于占空比α在0～1之间变化，因此Req的变化范围为R～∞。
为使Req尽量恒定，可取开关控制信号的频率为被放大信号频率的n倍，根据试验结果，一般取n>100。例如，要求陷波电路的陷波频率范围为0～100Hz，则可取开关控制信号的频率大于100×100Hz＝10kHz。
由式(2)可知，图2滤波电路的陷波频率ω0为
亦即陷波频率随着C端控制信号的占空比α的变化而变化。当α＝100％时，ω0＝1/(RC)为最大的陷波频率。
设计实例：按图2电路设计一陷波电路，要求陷波频率在0～200Hz内可变，品质因数Q＝25。设计过程：取R2＝1kΩ，由式(3)可算得R1＝99kΩ，取R1为100kΩ(1％的精密电阻)。取C＝0.11μF，由ω0＝1/(RC)＝2πf0＝2π×200，可算得R＝7.23kΩ，取R为7.15kΩ(1％的精密电阻)。另外，图2电路中的2C取0.22μF，R/2取3.57kΩ(1％的精密电阻)；两个运算放大器选取AD712J双运放集成芯片。按照上述设计参数验算，电路的品质因数Q＝25.25；陷波频率为f0＝200.12α(单位为Hz)。达到设计要求。
在变形例中，开关S1、S2和与之串联的电阻R的位置可以互换，即开关S1、S2也可以串联在电阻R的右边，如图3所示。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种陷波频率连续可调的滤波电路，其特征在于，包括控制端、第一电阻开关串联模块、第二电阻开关串联模块、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、运放A1以及运放A2；
其中，第一电阻开关串联模块的一端通过第二电阻开关串联模块连接所述运放A1的同相输入端，另一端连接信号输入端；
电容C3的一端连接第一电阻开关串联模块的一端，另一端连接所述电阻R5的一端；电容C1的一端连接所述信号输入端，另一端连接电阻R5的一端、电容C2的一端；电容C2的另一端连接运放A1的同相输入端；
电阻R1的一端接地，另一端连接电阻R2的一端、运放A2的同相输入端；电阻R2的另一端连接运放A1的输出端；运放A1的反相输入端连接运放A1的输出端；运放A2的反相输入端连接运放A2的输出端；运放A2的输出端还连接电容C3的一端、电阻R5的一端；
控制信号输入端连接第一电阻开关串联模块中开关S1的控制端、第二电阻开关串联模块中开关S2的控制端，用于控制第一电阻开关串联模块中开关S1、第二电阻开关串联模块中开关S2通断。
2.根据权利要求1所述的陷波频率连续可调的滤波电路，其特征在于，所述第一电阻开关串联模块包括电阻R3、开关S1；所述第二电阻开关串联模块包括电阻R4、开关S2；
其中，所述开关S1的一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接开关S2的一端，开关S2的另一端的连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接所述运放A1的同相输入端；
电容C3的一端连接所述电阻R3的另一端。
3.根据权利要求1所述的陷波频率连续可调的滤波电路，其特征在于，所述第一电阻开关串联模块包括电阻R3、开关S1；所述第二电阻开关串联模块包括电阻R4、开关S2；
其中，所述开关S1的一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端的连接开关S2的一端，开关S2的另一端连接所述运放A1的同相输入端；
电容C3的一端连接所述电阻R3的另一端。
4.根据权利要求2或3所述的陷波频率连续可调的滤波电路，其特征在于，电阻R3和电阻R4的阻值相同；
电阻R5的阻值为电阻R3或电阻R4阻值的1/2。
5.根据权利要求2或3所述的陷波频率连续可调的滤波电路，其特征在于，电容C1和电容C2的容量相同；
电容C3的容量为电容C1或电容C2容量的2倍。
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