CN116582106B - 一种可调节阻带深度的低通滤波电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调节阻带深度的低通滤波电路，属于有源低通滤波技术领域，其包括由电阻R1、电阻R2及运算放大器U1组成的同相放大器，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络与运算放大器U3共同构成的反向放大电路，由电阻R3、电阻R4、电容C2组成的高通负反馈滤波电路，由电阻R7、电阻R10与运算放大器U3组成的正反馈电路和运算放大器U2构成的位输出跟随器，电阻R7和电阻R10中的至少一个为可调阻值电阻，通过调节电阻R7和/或电阻R10的阻值可以改变该低通滤波电路末端放大倍数，近而实现对某频段信号放大倍数特殊处理的目的，可以大大降低信号采集电路的系统复杂度，不会对原有系统的可靠性产生较大影响，实用性较强。

Description

一种可调节阻带深度的低通滤波电路

技术领域

本发明涉及低通滤波相关技术，尤其涉及一种可调节阻带深度的低通滤波电路。

背景技术

低通滤波器分为无源滤波电路和有源滤波电路，其中无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。

无源低通滤波器是允许低于截止频率通过的信号通过，对于高于截止频率的信号进行大幅衰减，实现不允许通过的效果。通常，在整个通带内滤波器的放大倍数相同。这种滤波器不适用于在通带内信号源信号幅值不同的场合。

有源低通滤波器电路的负载不影响滤波特性，因此，常用于信号处理要求高的场合。如中国专利CN103078602A所公开的有源滤波电路，一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用，同时还可以进行放大。但是常见的有源低通滤波器在截止频率之前都有相同的放大倍数，无法满足输入信号在通带内特殊频点幅值突变的问题。

现有技术中常用的方法是在低通滤波器之前增加带通或者带阻滤波器，已达到对某一频段信号进行放大或者衰减的目的。这种方案相对增加了系统的复杂程度，提高了产品成本，降低了可靠性，实用性较差。

发明内容

本发明实施例提供一种可调节阻带深度的低通滤波电路，通过在滤波信号电路上增加可调阻值电阻，进而可以根据需要改变低通滤波器的截止特性，实现对某一特殊频段特殊处理的目的，采用该技术，可以大大降低信号采集电路的系统复杂度，不会对原有系统的可靠性产生较大影响，实用性较强。

本发明实施例提供一种可调节阻带深度的低通滤波电路包括由电阻R1、电阻R2及运算放大器U1组成的同相放大器，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络与运算放大器U3共同构成的反向放大电路，由电阻R3、电阻R4、电容C2组成的高通负反馈滤波电路，由电阻R7、电阻R10与运算放大器U3组成的正反馈电路和运算放大器U2构成的位输出跟随器，其中，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络位于信号通道前端且所述T型网络分别与运算放大器U1正输入端和运算放大器U2的负输入端连接，所述T型网络与所述正反馈电路相互级联之后共同形成滤波放大电路，电阻R7和电阻R10中的至少一个为可调阻值电阻。

可选的，所述电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端同时连接电阻R6和电阻R8，电阻R6的另一端连接运算放大器U1的正输入端，电阻R8的另一端连接运算放大器U3的负输入端。

可选的，电阻R10的一端接地，电阻R10的另一端同时连接电阻R7和运算放大器U3的正输入端，电阻R7的另一端连接运算放大器U2的输出端和负输入端。

可选的，电阻R1和电阻R2并联之后连接运算放大器U1的负输入端，电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的输出端。

可选的，电阻R3的一端同时连接电阻R2和运算放大器U1的输出端，电阻R3的另一端同时连接电阻R4和电容C1，电阻R4的另一端同时连接运算放大器U2的正输入端和电容C2。

可选的，电容C1的另一端同时连接电阻R5和运算放大器U3的输出端，电容C2的另一端同时连接运算放大器U1的正输入端和电阻R6。

可选的，电阻R7为可调阻值电阻，电阻R10为定阻值电阻，所述低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R7阻值变化呈负相关关系。

可选的，电阻R7为定阻值电阻，电阻R10为可调阻值电阻，所述低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R10阻值变化呈正相关关系。

可选的，电阻R7为可调阻值电阻，电阻R10为可调阻值电阻，所述低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R10阻值变化呈正相关关系，所述低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R10阻值变化呈正相关关系。

可选的，电阻R7和电阻R10的阻值变化范围均为10Ω～10KΩ。

本发明的有益技术效果：

本发明提供的一种可调节阻带深度的低通滤波电路包括由电阻R1、电阻R2及运算放大器U1组成的同相放大器，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络与运算放大器U3共同构成的反向放大电路，由电阻R3、电阻R4、电容C2组成的高通负反馈滤波电路，由电阻R7、电阻R10与运算放大器U3组成的正反馈电路和运算放大器U2构成的位输出跟随器，其中，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络位于信号通道前端且所述T型网络分别与运算放大器U1正输入端和运算放大器U2的负输入端连接，所述T型网络与所述正反馈电路相互级联之后共同形成滤波放大电路，电阻R7和电阻R10中的至少一个为可调阻值电阻，通过调节电阻R7和/或电阻R10的阻值可以改变该低通滤波电路末端放大倍数，近而实现对某频段信号放大倍数特殊处理的目的，可以大大降低信号采集电路的系统复杂度，不会对原有系统的可靠性产生较大影响，实用性较强。

附图说明

图1为本发明提供的一种可调节阻带深度的低通滤波电路的结构示意图；

图2为本发明提供的一种可调节阻带深度的低通滤波电路的频响图；

图3为本发明提供的一种可调节阻带深度的低通滤波电路和现有技术的低通滤波器对相同信号进行滤波处理后的结构对比示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。

应当理解，在本发明中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B与A相对应”，表示B与A相关联，根据A可以确定B。根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。A与B的匹配，是A与B的相似度大于或等于预设的阈值。

取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

在数据采集领域，有时需要采集不同频段的信号。对于现有技术中的低通滤波器，在整个通带内其放大倍数都相同，但是实际信号幅度在不同频段则有的大有的小。为保证信号采集精度，对于大幅度的信号需要衰减，以防止后端采集电路饱和烧毁；对于小幅度信号则需要放大，以防止信号被噪声淹没。此时，现有技术中的低通滤波器已经不能满足性能需求。正是为了解决该技术问题，本发明实施例提供了一种可调节阻带深度的低通滤波电路，通过在滤波信号电路上增加可调阻值电阻，进而可以根据需要改变低通滤波器的截止特性，实现对某一特殊频段特殊处理的目的，采用该技术，可以大大降低信号采集电路的系统复杂度，不会对原有系统的可靠性产生较大影响，实用性较强。

参考附图1、附图2和附图3所示，本发明实施例提供的一种可调节阻带深度的低通滤波电路包括由电阻R1、电阻R2及运算放大器U1组成的同相放大器，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络与运算放大器U3共同构成的反向放大电路，由电阻R3、电阻R4、电容C2组成的高通负反馈滤波电路，由电阻R7、电阻R10与运算放大器U3组成的正反馈电路和运算放大器U2构成的位输出跟随器，其中，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络位于信号通道前端且所述T型网络分别与运算放大器U1正输入端和运算放大器U2的负输入端连接，所述T型网络与所述正反馈电路相互级联之后共同形成滤波放大电路，电阻R7和电阻R10中的至少一个为可调阻值电阻。

参考图1所示，同相放大器、T型网络、反向放大电路、高通负反馈滤波电路、正反馈电路和位输出跟随器U2相互级联之后组成了本发明实施例的低通滤波电路，其中，在信号通道前端增加由R6、R8和R9构成变形的单T网络，同时与R7和R10及运算放大器U3构成的正反馈电路共同形成对某频段信号的滤波放大电路；通过调节电阻R7和/或电阻R10的阻值可以改变本发明实施例的低通滤波电路的末端放大倍数，近而实现对某频段信号放大倍数特殊处理的目的。

参考图1所示，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络中，电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端同时连接电阻R6和电阻R8，电阻R6的另一端连接运算放大器U1的正输入端，电阻R8的另一端连接运算放大器U3的负输入端。

参考图1所示，由电阻R7、电阻R10与运算放大器U3组成的正反馈电路中，电阻R10的一端接地，电阻R10的另一端同时连接电阻R7和运算放大器U3的正输入端，电阻R7的另一端连接运算放大器U2的输出端和负输入端。电阻R1和电阻R2并联之后连接运算放大器U1的负输入端，电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的输出端。

参考图1所示，由电阻R3、电阻R4、电容C2组成的高通负反馈滤波电路中，电阻R3的一端同时连接电阻R2和运算放大器U1的输出端，电阻R3的另一端同时连接电阻R4和电容C1，电阻R4的另一端同时连接运算放大器U2的正输入端和电容C2。电容C1的另一端同时连接电阻R5和运算放大器U3的输出端，电容C2的另一端同时连接运算放大器U1的正输入端和电阻R6。

参考图1和图2所示，本发明实施例提供的一种可调节阻带深度的低通滤波电路，其电阻R7为可调阻值电阻，电阻R10为定阻值电阻，低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R7阻值变化呈负相关关系，也即随着电阻R7的阻值变小，本发明实施例的低通滤波器截止频率末端放大倍数逐渐增大；随着电阻R7的阻值增大，本发明实施例的低通滤波器截止频率末端放大倍数逐渐减小。参考图2所示，电阻R10设置为固定值5KΩ，图2所示为R7阻值由10KΩ逐渐减小至10Ω的仿真示意图，由图2可知随着电阻R7阻值的减小，设定频段内增益变大。

参考图1所示，本发明实施例提供的一种可调节阻带深度的低通滤波电路，电阻R7为定阻值电阻，电阻R10为可调阻值电阻，本发明实施例的低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R10阻值变化呈正相关关系。也即随着电阻R10的阻值变小，本发明实施例的低通滤波器截止频率末端放大倍数逐渐减小；随着电阻R10的阻值增大，本发明实施例的低通滤波器截止频率末端放大倍数逐渐增大。

参考图1所示，本发明实施例提供的一种可调节阻带深度的低通滤波电路，电阻R7为可调阻值电阻，电阻R10为可调阻值电阻，本发明实施例的低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R10阻值变化呈正相关关系，本发明实施例的低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R10阻值变化呈正相关关系。其中，可调阻值电阻R7和可调阻值电阻R10的阻值调节范围均为10Ω～10KΩ。通过将电阻R7和电阻R10均设置为可调阻值电阻，进而通过在调节电阻R7的同时配合反向调节电阻R10的阻值可以实现快速调节低通滤波器截止频率末端放大倍数，提高系统的响应效率。

参考图3所示，采用本发明实施例的低通滤波电路之后，针对原始信号在不同频段的幅值，可以通过调节电阻R7和R10的阻值，使得能够对通带内不同频段的信号进行放大处理，进而满足后端采集电路的需求。如图3所示，同一段原始信号经过现有技术中的低通滤波电路处理之后f0和f1的幅值并不相同，但是，经过本发明实施例的低通滤波电路处理之后，通过调节电阻R7和/或电阻R10的阻值之后使得处理之后的f0和f1的幅值，进而可以满足后端采集电路最佳采样阈值的处理需求。

本发明提供的一种可调节阻带深度的低通滤波电路包括由电阻R1、电阻R2及运算放大器U1组成的同相放大器，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络与运算放大器U3共同构成的反向放大电路，由电阻R3、电阻R4、电容C2组成的高通负反馈滤波电路，由电阻R7、电阻R10与运算放大器U3组成的正反馈电路和运算放大器U2构成的位输出跟随器，其中，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络位于信号通道前端且所述T型网络分别与运算放大器U1正输入端和运算放大器U2的负输入端连接，所述T型网络与所述正反馈电路相互级联之后共同形成滤波放大电路，电阻R7和电阻R10中的至少一个为可调阻值电阻，通过调节电阻R7和/或电阻R10的阻值可以改变该低通滤波电路末端放大倍数，近而实现对某频段信号放大倍数特殊处理的目的，可以大大降低信号采集电路的系统复杂度，不会对原有系统的可靠性产生较大影响，实用性较强。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种可调节阻带深度的低通滤波电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括由电阻R1、电阻R2及运算放大器U1组成的同相放大器，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络与运算放大器U3共同构成的反向放大电路，由电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2组成的高通负反馈滤波电路，由电阻R5、电阻R7、电阻R10与运算放大器U3组成的正反馈电路和运算放大器U2构成的位输出跟随器，其中，所述同相放大器与所述高通负反馈滤波电路相连接，所述反向放大电路与所述高通负反馈滤波电路相连接，所述位输出跟随器与所述高通负反馈滤波电路相连接，由电阻R6、电阻R8、电阻R9组成的T型网络位于信号通道前端且所述T型网络分别与运算放大器U1正输入端和运算放大器U2的负输入端连接，所述T型网络与所述正反馈电路相互级联之后共同形成滤波放大电路，电阻R7和电阻R10中的至少一个为可调阻值电阻；电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端同时连接电阻R6和电阻R8，电阻R6的另一端连接运算放大器U1的正输入端，电阻R8的另一端连接运算放大器U3的负输入端；电阻R10的一端接地，电阻R10的另一端同时连接电阻R7和运算放大器U3的正输入端，电阻R7的另一端连接运算放大器U2的输出端和负输入端；电阻R1的一端和电阻R2的一端连接之后的连接端并联连接运算放大器U1的负输入端，电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的输出端；电阻R3的一端同时连接电阻R2和运算放大器U1的输出端，电阻R3的另一端同时连接电阻R4和电容C1，电阻R4的另一端同时连接运算放大器U2的正输入端和电容C2；电容C1的另一端同时连接电阻R5和运算放大器U3的输出端，电容C2的另一端同时连接运算放大器U1的正输入端和电阻R6的另一端，电阻R5的另一端连接运算放大器U3的负输入端。

2.根据权利要求1所述的低通滤波电路，其特征在于，电阻R7为可调阻值电阻，电阻R10为定阻值电阻，所述低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R7阻值变化呈负相关关系。

3.根据权利要求2所述的低通滤波电路，其特征在于，电阻R7为定阻值电阻，电阻R10为可调阻值电阻，所述低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R10阻值变化呈正相关关系。

4.根据权利要求3所述的低通滤波电路，其特征在于，电阻R7为可调阻值电阻，电阻R10为可调阻值电阻，所述低通滤波电路的截止频率末端放大倍数与电阻R10阻值变化呈正相关关系。

5.根据权利要求4所述的低通滤波电路，其特征在于，电阻R7和电阻R10的阻值变化范围均为10Ω~10KΩ。