CN206865425U - 具有放大增益的四阶带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了具有放大增益的四阶带通滤波器，包括：依次连接的第一低通滤波器、第一高通滤波器、第二低通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器、同相比例放大电路和第四高通滤波器；所述第一低通滤波器和第二低通滤波器均为带有20dB增益的二阶巴特沃斯低通滤波器；所述第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器和第四高通滤波器均为一阶RC无源高通滤波器。本实用新型首先设计出具有放大增益的有源低通滤波器；然后采取把总放大倍数分配到多级有源滤波放大电路中的措施，降低对运放增益带宽性能的要求，用普通通用运算放大器来实现具有高增益的滤波器；最后解决有源低通滤波器与无源RC高通滤波器的级联匹配问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有放大增益的四阶带通滤波器。
背景技术
带通滤波器是指允许某一频率范围内的频率分量通过、但将其他范围的频率分量大幅衰减的滤波器。带通滤波器可以用低通滤波器与高通滤波器组合来产生。由电阻、电感和电容组成的高阶无源滤波器对信号具有较大衰减，加入运算放大器后构成的有源滤波器可以具有信号放大作用。但高阶有源滤波器设计复杂，一般的有源滤波器设计方法针对的都是单位增益，须额外添加运算放大器电路进一步集中放大信号。当放大电路放大倍数较大且工作频率较高时，就要选择增益带宽积大的运算放大器，不仅电路更复杂，成本也增加了。
实用新型内容
本实用新型的目标在于研制一个实用的既能滤波又具有较大放大功能的具有放大增益的四阶带通滤波器，该滤波器主要由两个二阶巴特沃斯低通滤波器和4个无源一阶RC高通滤波器组成。首先设计出具有放大增益的有源低通滤波器；然后采取把总放大倍数分配到多级有源滤波放大电路中的措施，降低对运放增益带宽性能的要求，用普通通用运算放大器来实现具有高增益的滤波器；最后解决有源低通滤波器与无源RC高通滤波器的级联匹配问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
具有放大增益的四阶带通滤波器，包括：
依次连接的第一低通滤波器、第一高通滤波器、第二低通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器、同相比例放大电路和第四高通滤波器；
所述第一低通滤波器和第二低通滤波器均为带有20dB增益的二阶巴特沃斯低通滤波器；
所述第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器和第四高通滤波器均为一阶RC无源高通滤波器。
所述二阶巴特沃斯低通滤波器，包括：输入端，所述输入端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另外一端与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另外一端与运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的同相输入端通过电阻R3与运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端通过电阻R4接地；所述运算放大器的反向输入端通过电容C2接地；所述电阻R1的另外一端还与电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端和电阻R5的一端连接，所述电容C1和电阻R5的连接端还通过电阻R6接地，R5的另一端与运算放大器的输出端连接；所述运算放大器的输出端为二阶巴特沃斯低通滤波器的输出端。
所述电阻R3和电阻R4组成同相反馈网络；
所述电阻R5和电阻R6组成负反馈网络。
所述第一低通滤波器为二阶巴特沃斯低通滤波器,其输入端接收外界的输入信号，其输出端与第一高通滤波器的输入端连接。
所述第二低通滤波器为二阶巴特沃斯低通滤波器,其输入端与第一高通滤波器的输出端连接，其输出端与第二高通滤波器的输入端连接。
第二高通滤波器的输出端与第三高通滤波器的输入端连接，第三高通滤波器的输出端与同向比例放大电路的输入端连接，同向比例放大电路的输出端与第四高通滤波器的输入端连接。
所述运算放大器为通用集成运算放大器。
本实用新型的有益效果：
本实用新型对传统单位增益低通滤波器设计进行了改进，实现了带有放大增益的低通滤波器设计，结合4个一阶RC高通滤波器，采用普通通用运算放大器取得了较好的带通滤波与放大效果，降低了电路成本。4个一阶RC高通滤波器分别放置在各级放大电路之间，既可以起到高通滤波的目的，其滤波电容还可以兼备级间交流耦合作用以抑制运放的零点漂移，使电路得到简化，结构更加紧凑。
本实用新型采用四阶低通滤波器与四阶高通滤波器的组合,实现了中心频率为2.5KHz、通频带范围1.8K～3.1KHz、增益>58dB的四阶带通滤波器。
附图说明
图1为本实用新型的全部组成结构；
图2为具有放大增益的二阶巴特沃斯低通滤波器结构；
其中，1、第一低通滤波器，2、第一高通滤波器，3、第二低通滤波器，4、第二高通滤波器，5、第三高通滤波器，6、同相比例放大电路，7、第四高通滤波器，8、运算放大器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型实施主要是以两个二阶巴特沃斯低通滤波器为核心，组成四阶低通滤波器，并与四个一阶RC高通滤波器等其他外围电路组合，实现一个具有放大增益的四阶带通滤波器。本装置全部组成如图1所示，具有放大增益的二阶巴特沃斯低通滤波器结构如图2所示。
图2中具有放大增益的二阶巴特沃斯低通滤波器保持了传统单位增益低通滤波器中运算放大器8输入端的低通选频反馈网络R1C1和低通滤波网络R2C2，以及输出端的同相反馈网络R3R4；为了具备放大增益，增加了负反馈网络R5R6。同相反馈网络R3、R4的电阻参数和负反馈网络R5、R6的电阻参数做了专门设计，各电阻的参数与放大倍数相关联。负反馈网络R5、R6的电阻参数在保持与放大倍相关反馈的同时，还要与低通选频反馈网络R1C1的参数匹配，减小其对截止频率fC～10fC频段信号衰减率的影响。
图1中，第一低通滤波器1和第二低通滤波器3，组成四阶低通滤波器；第一高通滤波器2、第二高通滤波器4、第三高通滤波器5和第四高通滤波器7组成四阶高通滤波器。第一高通滤波器2放置在第一低通滤波器1和第二低通滤波器3之间；第二高通滤波器4和第三高通滤波器5放置在第二低通滤波器3和同相比例放大电路6之间，第四高通滤波器7放置在同相比例放大电路6后面作为输出级。这样各级RC高通滤波器既可以起到高通滤波的目的，还可以利用滤波电容充当级间的交流耦合电容，阻止运放零点漂移带来的直流分量，抑制运放的零点漂移。把第二高通滤波器4和第三高通滤波器5放置在第二低通滤波器3后面，是为了避免同相比例放大电路6输出饱和。第二高通滤波器4和第三高通滤波器5直接级联，要考虑前后级之间的阻抗匹配问题，第二高通滤波器4输出阻抗要小，第三高通滤波器5输出阻抗要大。设置同向比例放大器6的目的是便于灵活地调整滤波器电路整体的放大倍数。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (2)
1.具有放大增益的四阶带通滤波器，其特征是，包括：
依次连接的第一低通滤波器、第一高通滤波器、第二低通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器、同相比例放大电路和第四高通滤波器；
所述第一低通滤波器和第二低通滤波器均为带有20dB增益的二阶巴特沃斯低通滤波器；
所述第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器和第四高通滤波器均为一阶RC无源高通滤波器。
2.如权利要求1所述的具有放大增益的四阶带通滤波器，其特征是，所述二阶巴特沃斯低通滤波器，包括：输入端，所述输入端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另外一端与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另外一端与运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的同相输入端通过电阻R3与运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端通过电阻R4接地；所述运算放大器的反向输入端通过电容C2接地；所述电阻R1的另外一端还与电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端和电阻R5的一端连接，所述电容C1和电阻R5的连接端还通过电阻R6接地，R5的另一端与运算放大器的输出端连接；所述运算放大器的输出端为二阶巴特沃斯低通滤波器的输出端。
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| CN110275201A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-09-24 | 威海动测仪器科技有限公司 | 微型高灵敏度磁电速度机 |
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