CN202931258U - 一种双二阶带通滤波电路及带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电子领域，提供了一种双二阶带通滤波电路及带通滤波器，所述电路包括：低通滤波单元，所述低通滤波单元的第二输入端为双二阶带通滤波电路的信号输入端；与低通滤波单元连接的反向单元；与低通滤波单元和反向单元连接的积分单元，所述积分单元的输出端为双二阶带通滤波电路的信号输出端；与低通滤波单元连接的整流单元；与整流单元连接的分压单元，所述分压单元的输出端与积分单元、低通滤波单元、反向单元的偏置电压端连接。本实用新型将积分单元的输出端作为输出信号的输出端口，使得输入信号与输出信号产生90°相移，并通过零电压整流以及偏置电压调节，使得在输入信号幅度变化时，电路自动调整直流偏置点，输出最大不失真信号。

Description

一种双二阶带通滤波电路及带通滤波器

技术领域

本实用新型属于电子领域，尤其涉及一种双二阶带通滤波电路及带通滤波器。

背景技术

带通滤波器作为现有常用的滤波电路广泛适用于信号处理中，其中双二阶RC带通滤波器具有Q值高，输出信号稳定的特点。

图1为现有典型的双二阶RC滤波器，包括积分电路11、低通滤波电路12和反向电路13，该低通滤波电路12的第二输入端Vin为方波信号输入端，低通滤波电路12的输出端与反向电路13的输入端连接，反向电路13的输出端Vout为正弦波信号输出端与积分电路11的输入端连接，积分电路11的输出端与低通滤波电路12的第一输入端连接；

其中积分电路11包括：电阻R15、电容C12以及第五运算放大器U5；第五运算放大器U5的反向输入端同时与电阻R15的一端、电容C12的一端连接，第五运算放大器U5的正向输入端接地，第五运算放大器U5的输出端为积分电路11的输出端与电容C12的另一端连接，电阻R15的另一端为积分电路11的输入端；

低通滤波电路12包括：电阻R11、电阻R12、电阻R16、电容C11以及第六运算放大器U6；电阻R16的一端为低通滤波电路12的第一输入端，电阻R16的另一端与第六运算放大器U6的反向输入端连接，第六运算放大器U6的反向输入端还同时与电阻R12的一端、电容C11的一端连接，第六运算放大器U6的输出端为低通滤波电路12的输出端，第六运算放大器U6的输出端还同时与电阻R12的另一端、电容C11的另一端连接，第六运算放大器U6的正向输入端接地，电阻R11的一端与第六运算放大器U6的反向输入端连接，电阻R11的另一端为低通滤波电路12的第二输入端；

反向电路13包括：电阻R13、电阻R14以及第七运算放大器U7；电阻R13的一端为反向电路13的输入端，电阻R13的另一端与第七运算放大器U7的反向输入端连接，第七运算放大器U7的反向输入端还与电阻R14的一端连接，第七运算放大器U7的输出端为反向电路13的输出端与电阻R14的另一端连接，第七运算放大器U7的正向输入端接地。

该电路组成双二阶RC带通滤波器，输入方波信号通过电阻R11从第六运算放大器U6的反向输入端输入，从第七运算放大器U7的输出端输出正弦波信号。在该电路中，若使C11=C12=C₀、R11=R12、R13=R14、R15=R16=R₀，则：

频率 $f_O=\frac{1}{2\mathrm{\π}{R}_O{C}_O};$ $Q=\frac{R2}{R_O};$

即，该电路在输入50%占空比的方波信号时，输出为同频率的、同相位的正弦波信号。

但是，由于该电路不能使输出信号与输入信号的相位不同，也不能自动调整输出信号直流偏置点，导致在实际应用中存在诸多局限性，无法满足目前市场对双二阶滤波电路在信号转换过程中具有相移差以及信号保真性能的需求。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种双二阶带通滤波电路，旨在解决现有双二阶滤波电路输出信号与输入信号相位相同、以及不能自动调整输出信号直流偏置点的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种双二阶带通滤波电路，所述电路包括：

对输入方波信号进行低通滤波的低通滤波单元，所述低通滤波单元的第二输入端为所述双二阶带通滤波电路的信号输入端；

将经过低通滤波的方波信号进行反向变换的反向单元，所述反向单元的输入端与所述低通滤波单元的输出端连接；

将经过反向变换的方波信号转换为正弦波信号，所述正弦波信号与所述输入方波信号的相移为90°的积分单元，所述积分单元的输入端与所述反向单元的输出端连接，所述积分单元的输出端为所述双二阶带通滤波电路的信号输出端与所述低通滤波单元的第一输入端连接；

对输入方波信号进行零电压整流，输出整流信号的整流单元，所述整流单元的输入端与所述低通滤波单元的第二输入端连接；

对所述整流信号进行分压，为所述低通滤波单元、所述反向单元和所述积分单元提供偏置电压，以调整所述正弦波信号不失真的分压单元，所述分压单元的输入端与所述整流单元的输出端连接，所述分压单元的输出端与所述积分单元的偏置电压端、所述低通滤波单元的偏置电压端、所述反向单元的偏置电压端连接。

进一步地，所述整流单元包括：

电阻R7、第四运算放大器、二极管D1以及电容C3；

所述电阻R7的一端为所述整流单元的输入端，所述电阻R7的另一端与所述第四运算放大器的正向输入端连接，所述第四运算放大器的输出端与所述二极管D1的阳极连接，所述二极管D1的阴极为所述整流单元的输出端与所述第四运算放大器的反向输入端连接，所述第四运算放大器的反向输入端还通过所述电容C3接地。

更进一步地，所述分压单元包括：

电阻R8和电阻R9；

所述电阻R8的一端为所述分压单元的输入端，所述电阻R8的另一端为所述分压单元的输出端与所述电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端接地。

更进一步地，所述积分单元包括：

电阻R5、电容C2以及第一运算放大器；

所述第一运算放大器的反向输入端同时与所述电阻R5的一端、所述电容C2的一端连接，所述第一运算放大器的正向输入端为所述积分单元的偏置电压端，所述第一运算放大器的输出端为所述积分单元的输出端与所述电容C2的另一端连接，所述电阻R5的另一端为所述积分单元的输入端。

更进一步地，所述低通滤波单元包括：

电阻R1、电阻R2、电阻R6、电容C1以及第二运算放大器；

所述电阻R6的一端为所述低通滤波单元的第一输入端，所述电阻R6的另一端与所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第二运算放大器的反向输入端还同时与所述电阻R2的一端、所述电容C1的一端连接，所述第二运算放大器的输出端为所述低通滤波单元的输出端，所述第二运算放大器的输出端还同时与所述电阻R2的另一端、所述电容C1的另一端连接，所述第二运算放大器的正向输入端为所述低通滤波单元的偏置电压端，所述电阻R1的一端为所述低通滤波单元的第二输入端，所述电阻R1的另一端与所述第二运算放大器的反向输入端连接。

更进一步地，所述反向单元包括：

电阻R3、电阻R4以及第三运算放大器；

所述电阻R3的一端为所述反向单元的输入端，所述电阻R3的另一端与所述第三运算放大器的反向输入端连接，所述第三运算放大器的反向输入端还与所述电阻R4的一端连接，所述第三运算放大器的输出端为所述反向单元的输出端与所述电阻R4的另一端连接，所述第三运算放大器的正向输入端为所述反向单元的偏置电压端。

更进一步地，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器、所述第三运算放大器或所述第四运算放大器为LM6152型集成高速放大器。

本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述双二阶带通滤波电路的带通滤波器。

本实用新型实施例将积分单元的输出端作为输出信号的输出端口，使得输入信号与输出信号产生90°相移，并通过零电压整流以及偏置电压调节，使得在输入信号幅度变化时，电路自动调整直流偏置点，输出最大不失真信号，该电路体积小、可靠性高、实现简单。

附图说明

图1为现有双二阶RC滤波器的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的双二阶带通滤波电路的结构图；

图3为本实用新型实施例提供的双二阶带通滤波电路的示例电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例将积分单元的输出端作为输出信号的输出端口，使得输入信号与输出信号产生90°相移，并通过零电压整流以及偏置电压调节，使得在输入信号幅度变化时，电路自动调整直流偏置点，输出最大不失真信号。

图2示出了本实用新型实施例提供的双二阶带通滤波电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该双二阶带通滤波电路可以应用于各种带通滤波器中，该双二阶带通滤波电路包括：

对输入方波信号进行低通滤波的低通滤波单元21，该低通滤波单元21的第二输入端in2为双二阶带通滤波电路的信号输入端IN；

将经过低通滤波的方波信号进行反向变换的反向单元22，该反向单元22的输入端与低通滤波单元21的输出端连接；

将经过反向变换的方波信号转换为正弦波信号，正弦波信号与输入方波信号的相移为90°的积分单元23，该积分单元23的输入端与反向单元22的输出端连接，积分单元23的输出端为双二阶带通滤波电路的信号输出端OUT与低通滤波单元21的第一输入端in1连接；

对输入方波信号进行零电压整流，输出整流信号的整流单元24，该整流单元24的输入端与低通滤波单元21的第二输入端连接；

对整流信号进行分压，为低通滤波单元21、反向单元22和积分单元23提供偏置电压，以调整正弦波信号不失真的分压单元25，该分压单元25的输入端与整流单元24的输出端连接，分压单元25的输出端与积分单元23的偏置电压端、低通滤波单元21的偏置电压端、反向单元22的偏置电压端连接。

在本实用新型实施例中，输入（方波）信号经低通滤波、反向转换，将积分单元23的输出端作为输出（正弦波）信号的输出端口，使得该方波信号经过积分单元23后频率不变、相移为90°，并且通过整流单元24对小信号方波进行零电压整流，使得输出电压幅值与输入电压幅值基本相等，再通过分压单元25向低通滤波单元21、反向单元22和积分单元23提供的偏置电压，低通滤波单元21、反向单元22和积分单元23中的运算放大器根据该偏置电压设置输出信号的偏置点，该偏置点根据输入信号的浮动变化，自动调整直流偏置点，达到接近运放的最大输出动态范围，以输出最大不失真信号。

本实用新型实施例将积分单元的输出端作为输出信号的输出端口，使得输入信号与输出信号产生90°相移，并通过零电压整流以及偏置电压调节，使得在输入信号幅度变化时，电路自动调整直流偏置点，输出最大不失真信号，该电路体积小、可靠性高、实现简单。

图3示出了本实用新型实施例提供的双二阶带通滤波电路的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该低通滤波单元21包括：电阻R1、电阻R2、电阻R6、电容C1以及第二运算放大器U2；

电阻R6的一端为低通滤波单元21的第一输入端，电阻R6的另一端与第二运算放大器U2的反向输入端连接，第二运算放大器U2的反向输入端还同时与电阻R2的一端、电容C1的一端连接，第二运算放大器U2的输出端为低通滤波单元21的输出端，第二运算放大器U2的输出端还同时与电阻R2的另一端、电容C1的另一端连接，第二运算放大器U2的正向输入端为低通滤波单元21的偏置电压端，电阻R1的一端为低通滤波单元21的第二输入端，电阻R1的另一端与第二运算放大器U2的反向输入端连接。

该反向单元22包括：电阻R3、电阻R4以及第三运算放大器U3；

电阻R3的一端为反向单元22的输入端，电阻R3的另一端与第三运算放大器U3的反向输入端连接，第三运算放大器U3的反向输入端还与电阻R4的一端连接，第三运算放大器U3的输出端为反向单元22的输出端与电阻R4的另一端连接，第三运算放大器U3的正向输入端为反向单元22的偏置电压端。

该积分单元23包括：电阻R5、电容C2以及第一运算放大器U1；

第一运算放大器U1的反向输入端同时与电阻R5的一端、电容C2的一端连接，第一运算放大器U1的正向输入端为积分单元23的偏置电压端，第一运算放大器U1的输出端为积分单元23的输出端与电容C2的另一端连接，电阻R5的另一端为积分单元23的输入端。

在本实用新型实施例中，由于电容C2和第一运算放大器U1组成积分器，而输出信号改为从第一运算放大器U1的输出端输出，因此输入信号和输出信号产生90°相位差，频率不变。

该整流单元24包括：电阻R7、第四运算放大器U4、二极管D1以及电容C3；

电阻R7的一端为整流单元24的输入端，电阻R7的另一端与第四运算放大器U4的正向输入端连接，第四运算放大器U4的输出端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极为整流单元24的输出端与第四运算放大器U4的反向输入端连接，第四运算放大器U4的反向输入端还通过电容C3接地。

在本实用新型实施例中，电阻R7、第四运算放大器U4、二极管D1和电容C3构成一个小信号零电压整流电路，该零电压整流电路压降低，能使输出直流电压幅值与输入信号电压幅值基本相等，对该输出直流电压和输入信号同比例分压后值基本相等。

该分压单元25包括：电阻R8和电阻R9；

电阻R8的一端为分压单元25的输入端，电阻R8的另一端为分压单元25的输出端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端接地。

在本实用新型实施例中，R8、R9构成一个分压电路，根据所选的第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3的最大不失真输出电压范围特性，选取电阻R8和电阻R9合适的分压比例，设置分压点（直流输出偏置电压点）V1为第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3最大不失真输出电压的中点，该直流输出偏置电压V1随输入信号电压的幅度浮动。

该直流输出偏置电压V1作为直流偏置基准电压，提供给第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3的正向输入端，设定了输出信号的偏置点。该偏置电压V1随输入信号幅度浮动，在输入信号幅度变化时，由于偏置点浮动，可以使输出电压幅度接近第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3的最大不失真输出电压。

作为本实用新型一实施例，第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3以及第四运算放大器U4均可以采用通用型运算放大器，还可以优选采用LM6152型集成高速放大器。

作为本实用新型一具体实施例，设置第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4选用LM6152型集成高速放大器，二极管D1选用1N4148，电阻阻值为：R1=R2=260KΩ，R3=R4=10KΩ，R5=R6=19.854KΩ，R7=70KΩ，R8=45.7KΩ，R9=54.3KΩ，电容值为：C1=C2=0.01uF，C3=1uF，电源电压为5V；

当输入信号占空比为50%、频率为800Hz、电压为4.6V的方波时，可以设定分压比例为0.543，使直流偏置电压V1为2.5V，则输出为同频率、相位相差90°正弦波，此时最大不失真信号幅度可以达到4.6V，接近电源电压。

本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述双二阶带通滤波电路的带通滤波器。

本实用新型实施例将积分单元的输出端作为输出信号的输出端口，使得输入信号与输出信号产生90°相移，并通过零电压整流以及偏置电压调节，使得在输入信号幅度变化时，电路自动调整直流偏置点，输出最大不失真信号，该电路体积小、可靠性高、实现简单。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双二阶带通滤波电路，其特征在于，所述电路包括：

对输入方波信号进行低通滤波的低通滤波单元，所述低通滤波单元的第二输入端为所述双二阶带通滤波电路的信号输入端；

将经过低通滤波的方波信号进行反向变换的反向单元，所述反向单元的输入端与所述低通滤波单元的输出端连接；

将经过反向变换的方波信号转换为正弦波信号，所述正弦波信号与所述输入方波信号的相移为90°的积分单元，所述积分单元的输入端与所述反向单元的输出端连接，所述积分单元的输出端为所述双二阶带通滤波电路的信号输出端与所述低通滤波单元的第一输入端连接；

对输入方波信号进行零电压整流，输出整流信号的整流单元，所述整流单元的输入端与所述低通滤波单元的第二输入端连接；

对所述整流信号进行分压，为所述低通滤波单元、所述反向单元和所述积分单元提供偏置电压，以调整所述正弦波信号不失真的分压单元，所述分压单元的输入端与所述整流单元的输出端连接，所述分压单元的输出端与所述积分单元的偏置电压端、所述低通滤波单元的偏置电压端、所述反向单元的偏置电压端连接。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流单元包括：

电阻R7、第四运算放大器、二极管D1以及电容C3；

所述电阻R7的一端为所述整流单元的输入端，所述电阻R7的另一端与所述第四运算放大器的正向输入端连接，所述第四运算放大器的输出端与所述二极管D1的阳极连接，所述二极管D1的阴极为所述整流单元的输出端与所述第四运算放大器的反向输入端连接，所述第四运算放大器的反向输入端还通过所述电容C3接地。

3.如权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述分压单元包括：

电阻R8和电阻R9；

所述电阻R8的一端为所述分压单元的输入端，所述电阻R8的另一端为所述分压单元的输出端与所述电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端接地。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述积分单元包括：

电阻R5、电容C2以及第一运算放大器；

所述第一运算放大器的反向输入端同时与所述电阻R5的一端、所述电容C2的一端连接，所述第一运算放大器的正向输入端为所述积分单元的偏置电压端，所述第一运算放大器的输出端为所述积分单元的输出端与所述电容C2的另一端连接，所述电阻R5的另一端为所述积分单元的输入端。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述低通滤波单元包括：

电阻R1、电阻R2、电阻R6、电容C1以及第二运算放大器；

所述电阻R6的一端为所述低通滤波单元的第一输入端，所述电阻R6的另一端与所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第二运算放大器的反向输入端还同时与所述电阻R2的一端、所述电容C1的一端连接，所述第二运算放大器的输出端为所述低通滤波单元的输出端，所述第二运算放大器的输出端还同时与所述电阻R2的另一端、所述电容C1的另一端连接，所述第二运算放大器的正向输入端为所述低通滤波单元的偏置电压端，所述电阻R1的一端为所述低通滤波单元的第二输入端，所述电阻R1的另一端与所述第二运算放大器的反向输入端连接。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反向单元包括：

电阻R3、电阻R4以及第三运算放大器；

所述电阻R3的一端为所述反向单元的输入端，所述电阻R3的另一端与所述第三运算放大器的反向输入端连接，所述第三运算放大器的反向输入端还与所述电阻R4的一端连接，所述第三运算放大器的输出端为所述反向单元的输出端与所述电阻R4的另一端连接，所述第三运算放大器的正向输入端为所述反向单元的偏置电压端。

7.一种带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波器包括如权利要求1至6任一项所述的双二阶带通滤波电路。

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