CN203596803U - 一种频率补偿的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种频率补偿的装置，该装置由以电信号相连的用来模拟传感器特性的模拟模块、频率补偿电路和低通滤波电路组成；所述模拟模块对信号发生器输出的信号经过低通滤波作用后输出正弦波信号，该正弦波信号通过频率补偿电路将截止频率扩宽，所得扩频的信号再由低通滤波电路输出补偿的频率。本实用新型采用了可调带宽的四阶低通滤波器，可以输出更稳定的波形，输出频率范围更宽，系统更稳定；可以做为一种教学实训装置，让学生更好的了解滤波和频率补偿的原理以及实现的方法。

Description

一种频率补偿的装置

技术领域

本实用新型涉及频率补偿技术、滤波技术、信号处理等技术。

背景技术

集成电路运算放大器是模拟集成电路中应用极为广泛的一种器件，它可以实现同相放大电路、反相放大电路和由它组成求差、求和、积分、微分电路及仪用放大器，还可以实现信号的处理、变换、测量和信号产生电路，而且还可用于开关电路中。运算放大器作为基本的电子器件，虽然本身具有非线性的特性，当在许多情况下，它作为线性电路的器件，很容易用来设计各种应用电路。利用运算放大器和R、C可以构成有源滤波器，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种频率补偿的装置，实现对模拟模块输出的低通滤波信号送入频率补偿电路进行频率补偿，将高频截止频率扩宽，再将扩频的信号通入低通滤波器中，使输出频率达到所需要求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：由以电信号相连的用来模拟传感器特性的模拟模块、频率补偿电路和低通滤波电路组成；所述模拟模块对信号发生器输出的信号经过低通滤波电路滤波后输出正弦波信号，该正弦波信号通过频率补偿电路将高频截止频率扩宽，所得扩频的信号再由低通滤波电路输出补偿的频率。

所述的频率补偿电路可以由电阻R4、R5、R6，电容C3、C4，以及运算放大器组成；所述的运算放大器，其反相输入端接电容C3和电阻R5，其同相输入端接地，其反相输入端和输出端之间接电阻R6；电阻R4、R5和电容C4的一端接在一起，电容C4的另一端接地；电容C3和电阻R4的另一端并接在模拟模块的输出端。

所述的电阻R2=R3=R4=R5，电容C1=C2=C3=C4，电阻R1=R6，由此可以构成了从硬件上实现了频率补偿电路传递函数与前级模拟模块传递函数之积为1，形成一个对前级模拟模块的频率补偿的全通系统。

所述的低通滤波电路可以为可调带宽的改进型四阶巴特沃斯低通滤波电路，其输出的扩宽的高频截止频率由相应的电阻与电容值确定，并且采用滑动变阻器的连接方式调节截止频率。

所述的四阶巴特沃斯低通滤波电路可以由结构相同的两级二阶有源低通滤波器级联而成，其中前级二阶有源低通滤波器由电阻R7、R8、电容C5、C7和一个运算放大器组成，电阻R7的一端接频率补偿电路的输出端，另一端与R8的一端、C7的一端连接在一起，电阻R8的另一端与电容C5的一端并接到运算放大器的同相输入端，电容C5的另一端接地，电容C7的另一端与运算放大器的输出、反相输入端接在一起。

所述的电阻R7、R8、R9、R10可以为滑变电位器。

所述的模拟模块可以由电阻R1、R2、R3，电容C1、C2，以及运算放大器组成；所述运算放大器，其反相输入端接电阻R3和R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2和电容C2的一端，电阻R2的另一端接运算放大器的输出端，电阻R3的另一端接正弦波信号的正端，电容C2的另一端接地；电容C1接在运算放大器的反相输入端与输出端之间。

所述的模拟模块的低通截止频率可以为4.7KHz。

所述的运算放大器可以采用型号为OPA228的运算放大器。

本实用新型与现有技术相比，主要有以下的优点：

1.性能优异：通过频率补偿电路与模拟模块电路的参数满足下述条件：R2=R3=R4=R5，C1=C2=C3=C4，R1=R6，从而硬件上实现了频率补偿电路的传递函数与前级模拟模块传递函数之积为1，最终形成了一个全通系统，实现频率的完全补偿，并设计了可调带宽的四阶低通滤波器，只要调节四阶低通滤波器的电位器就可以改变截止频率，实现所需要频率的选通，使输出频率范围更宽。具体实验数据参见表1和表2。

2.实用性强：可以做为一种教学实训装置，让学生更好的了解滤波和频率补偿的原理以及实现的方法。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是模拟模块的电路图。

图3是模拟模块的频率特性图。

图4是频率补偿电路的电路图。

图5是模拟模块加上频率特性补偿电路后系统的频率特性图。

图6是四阶改进型巴特沃斯低通滤波电路图。

图7是四阶改进型巴特沃斯低通滤波电路的频率特性图。

图8是本实用新型的总体电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提供的频率补偿装置是基于运算放大器的频率补偿装置，用于该装置的结构如图1和图8所示，包括以电信号相连的模拟模块、频率补偿电路和低通滤波电路。所述模拟模块对信号发生器输出的信号经过低通滤波作用后输出正弦波信号，该正弦波信号通过频率补偿电路将截止频率扩宽，所得扩频的信号再由低通滤波电路输出补偿的频率。

所述模拟模块为模拟传感器特性电路模块，参见图2，其由电阻R1、R2、R3，电容C1、C2，以及运算放大器（简称运放）组成的低通滤波电路，其中：电阻R3的一端接运放的反相输入端，另一端接正弦输入信号的正端。运放的反相输入端与输出端之间接电容C1，运放的反相输入端接电阻R1的一端。电阻R1的另一端接电阻R2和电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端接运放输出端，并给运放的+10V和-10V的直流稳压源。该模拟模块的功能是模拟传感器输出的低频信号，模拟模块本质为一低通模块，其截止频率为4.7KHz。

所述频率补偿电路，参见图4，其由电阻R4、R5、R6，电容C3、C4，以及运放组成，其中：电容C3与电阻R4的一端接在一起，接到模拟模块的输出，电容C3的另一端接到运放的反相输入端，电阻R4的另一端与电阻R5的一端、电容C4的一端接在一起，电容C4的另一端接地，电阻R5的另一端接运放的反相输入端，运放的反相输入端和输出端之间接电阻R6，运放的同相输入端接地，并给运放+10V和-10V的直流稳压源。该模拟的参数满足：电阻R2=R3=R4=R5，电容C1=C2=C3=C4，电阻R1=R6，从而硬件上实现了频率补偿模块传函与前级模拟模块传函之积为1，最终形成了一个全通系统，实现频率的完全补偿。

所述低通滤波电路为改进型四阶巴特沃斯低通滤波电路，参见图6，其由前级二阶有源低通滤波器与后级二阶有源低通滤波器组成一个四阶低通滤波器，其中：前级二阶有源低通滤波器由电阻R7、R8、电容C5、C7和一个运放组成，电阻R7的一端接频率补偿电路的输出端，另一端与R8的一端、C7的一端连接在一起，电阻R8的另一端与电容C5的一端接在一起，然后接到运放的同相输入端，电容C5的另一端接地，电容C7的另一端与运放的输出、反相输入端接在一起，后级的二阶有源低通滤波器其输入与前级二阶有源低通滤波器的输出接在一起，其他各元件之间的连接与前级类似。在设计中将电阻R7、R8、R9、R10设计成滑变形式（滑变电位器），可调带宽的四阶低通滤波器，只要调节四阶低通滤波器的电位器就可以改变截止频率，实现所需要频率的选通，可以使输出波形更稳定，输出频率范围更宽，系统更稳定。

所述运算放大器可以采用型号为OPA228、OPA227或OPA604的运算放大器。

上述频率补偿装置是以频率补偿电路为核心，将模拟电路模块中低通滤波器输出的正弦波信号输入频率补偿电路，通过频率补偿电路，将高频截止频率扩宽，再将扩频的信号通入低通滤波器中，使输出频率达到所需要求，从而实现频率的补偿。同时本装置采用的可调带宽的四阶低通滤波器，可以使输出波形更稳定，输出频率范围更宽，系统更稳定。本装置可以做为一种教学实训装置，让学生更好的了解滤波和频率补偿的原理以及实现的方法。

本实用新型提供的频率补偿装置，其工作过程如下：

将模拟模块中的开关合上，则将函数发生器信号接入Vs端，函数发生器发出的正弦波幅值为10V，频率为50Hz，将通用双通道示波器接入Vb，打开函数信号发生器，打开通用双通道示波器，调节函数信号发生器的频率使其从50Hz开始增加，读取在每个频率下示波器的正弦信号的幅值，并计算在每个频率下的电压幅值增益，当其增益开始小于0.707使，此时的频率为截止频率，以检测模拟模块的低通特性。

将电位器R11的滑动到使R11最小，模拟模块中开关合上，则将函数发生器信号接入Vs端，函数发生器发出的正弦波幅值为10V，频率为50Hz，将通用双通道示波器接入Vbb，打开函数信号发生器，打开通用双通道示波器，调节函数信号发生器的频率使其从50Hz开始增加，读取在每个频率下示波器的正弦信号的幅值，并计算在每个频率下的电压幅值增益，当其增益开始小于0.707使，此时的频率为截止频率，调节R11的大小，重复上述操作，检测出在每个固定的R11大小的情况下的截止频率，当截止频率达到最大时停止调节R11的大小，此时的R11值是最佳的结果，以检测频率补偿电路的补偿特性。

调节电位器R7、R8、R9、R10到最大，将模拟模块中的开关合上，则将函数发生器接入Vs端，函数发生器发出的正弦波幅值为10V，频率为50Hz，将通用双通道示波器接入Vo，打开函数信号发生器，打开通用双通道示波器，调节函数信号发生器的频率使其从50Hz开始增加，读取在每个频率下示波器的正弦信号的幅值，并计算在每个频率下的电压幅值增益，当其增益开始小于0.707使，此时的频率为截止频率，如若截止频率不符合实际的要求，调节电位器R7、R8、R9、R10，重复上述操作，测出在每一组固定值R7、R8、R9、R10下的截止频率，直到截止频率符合我们的实际要求为止。

附表

表.1模拟模块输出信号的实验数据

表2加上频率补偿电路和低通滤波电路后的实验数据

Claims (9)

1.一种频率补偿的装置，其特征是由以电信号相连的用来模拟传感器特性的模拟模块、频率补偿电路和低通滤波电路组成；所述模拟模块对信号发生器输出的信号经过低通滤波电路滤波后输出正弦波信号，该正弦波信号通过频率补偿电路将高频截止频率扩宽，所得扩频的信号再由低通滤波电路输出补偿的频率。

2.根据权利要求1所述的频率补偿的装置，其特征是所述的频率补偿电路由电阻R4、R5、R6，电容C3、C4，以及运算放大器组成；所述的运算放大器，其反相输入端接电容C3和电阻R5，其同相输入端接地，其反相输入端和输出端之间接电阻R6；电阻R4、R5和电容C4的一端接在一起，电容C4的另一端接地；电容C3和电阻R4的另一端并接在模拟模块的输出端。

3.根据权利要求2所述的频率补偿的装置，其特征是所述的电阻R2=R3=R4=R5，电容C1=C2=C3=C4，电阻R1=R6，由此构成了从硬件上实现了频率补偿电路传递函数与前级模拟模块传递函数之积为1，形成一个对前级模拟模块的频率补偿的全通系统。

4.根据权利要求1所述的频率补偿的装置，其特征是所述的低通滤波电路为可调带宽的改进型四阶巴特沃斯低通滤波电路，其输出的扩宽的高频截止频率由相应的电阻与电容值确定，并且采用滑动变阻器的连接方式调节截止频率。

5.根据权利要求4所述的频率补偿的装置，其特征是所述的四阶巴特沃斯低通滤波电路由结构相同的两级二阶有源低通滤波器级联而成，其中前级二阶有源低通滤波器由电阻R7、R8、电容C5、C7和一个运算放大器组成，电阻R7的一端接频率补偿电路的输出端，另一端与R8的一端、C7的一端连接在一起，电阻R8的另一端与电容C5的一端并接到运算放大器的同相输入端，电容C5的另一端接地，电容C7的另一端与运算放大器的输出、反相输入端接在一起。

6.根据权利要求5所述的频率补偿的装置，其特征是所述的电阻R7、R8、R9、R10为滑变电位器。

7.根据权利要求1所述的频率补偿的装置，其特征是所述的模拟模块由电阻R1、R2、R3，电容C1、C2，以及运算放大器组成；所述运算放大器，其反相输入端接电阻R3和R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2和电容C2的一端，电阻R2的另一端接运算放大器的输出端，电阻R3的另一端接正弦波信号的正端，电容C2的另一端接地；电容C1接在运算放大器的反相输入端与输出端之间。

8.根据权利要求7所述的频率补偿的装置，其特征是所述的模拟模块的低通截止频率为4.7KHz。

9.根据权利要求2、5或7所述的频率补偿的装置，其特征是所述的运算放大器采用型号为OPA228的运算放大器。

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