CN210693882U - 有源滤波器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有源滤波器电路，所述有源滤波器电路包括基极电路、第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻；基极电路的第一端与交流电压供电端电连接，基极电路的第二端与第一三极管的基极电连接；第一三极管的集电极与第二三极管的基极电连接，第一三极管的发射极分别与基极电路的第三端、第一电阻的一端和第二电阻的一端电连接，第一电阻的另一端接地；第二电阻的另一端分别与第二三极管的集电极和交流电压输出端电连接，第二三极管的发射极与直流供电端电连接。本实用新型能够实现改变滤波器的增益的同时不影响滤波器的品质因数；另外，本实用新型的有源滤波器电路还具有占用印刷版空间较小、降低成本的优点。

Description

有源滤波器电路

技术领域

本实用新型涉及电路设计技术领域，特别涉及一种有源滤波器电路。

背景技术

有源模拟滤波器在模拟信号接收以及信号处理方面有着广泛的应用，主要用于滤除信号带外噪声，提高信号的信噪比和电路的抗干扰能力。

随着集成运算放大器的迅速发展，由运算放大器、电阻和电容组成的有源模拟滤波器也随之得到广泛应用，这样的有源滤波器电路具有不用电感、可调节增益的特点，但是其存在如下缺陷：

以Sallen-key低通滤波器(一种低通滤波器)为例，如图1所示，包括电阻R11和R12，电容C11和C12，K表示运算放大器的放大倍数，Vi(t)表示交流电压输入端，Vo(t)表示电压输出端，这样的电路存在如下问题：1)运放的成本比较高，而且也比较占用印制电路板的空间；2)当滤波器的类型如设定为巴特沃兹滤波器后，如果需要改变电路的放大倍数K(增益)，有源滤波器电路的品质因数也会发生变化，需要同步调节R1、C1、R2、C2的值才能保持滤波器特性，从而对工作人员造成较大的麻烦。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中有源模拟滤波器基于运算放大器、电阻和电容构成，存在当改变增益时，有源滤波器电路的品质因数也会发生变化，需要工作人员对电阻和电容进行调节才能保持品质因数的缺陷，提供一种有源滤波器电路。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本实用新型提供一种有源滤波器电路，所述有源滤波器电路包括基极电路、第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻；

所述基极电路的第一端与交流电压供电端电连接，所述基极电路的第二端与所述第一三极管的基极电连接；

所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极电连接，所述第一三极管的发射极分别与所述基极电路的第三端、所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端接地；

所述第二电阻的另一端分别与所述第二三极管的集电极和交流电压输出端电连接，所述第二三极管的发射极与直流供电端电连接；

其中，所述基极电路的第三端反馈至所述第一三极管的发射极的交流增益保持为1；

所述交流电压输出端的输出电压值随所述第二电阻的调节而变化。

较佳地，所述有源滤波器电路还包括第一电容、第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的一端与所述交流电压输出端电连接，所述第三电阻的另一端接地；

所述第一电容的一端与所述第一电阻的另一端电连接，所述第一电容的另一端与所述第四电阻的一端电连接，所述第四电阻的另一端与所述第二电容的一端电连接；

其中，所述交流电压输出端的输出电压值随所述第二电阻和/或所述第四电阻的调节而变化。

较佳地，所述基极电路包括第五电阻、第六电阻、第二电容和第三电容；

所述第五电阻的一端与所述交流电压供电端电连接，所述第五电阻的另一端分别与所述第二电容的一端和所述第六电阻的一端电连接；

所述第六电阻的另一端分别与所述第一三极管的基极和所述第三电容的一端电连接，所述第三电容的另一端接地；

所述第二电容的另一端与所述第一三极管的发射极电连接。

较佳地，所述基极电路包括第七电阻、第八电阻、第四电容和第五电容；

所述第七电阻的一端与所述交流电压供电端电连接，所述第七电阻的另一端分别与所述第四电容的一端和所述第五电容的一端电连接；

所述第四电容的另一端与所述第一三极管的发射极电连接；

所述第五电容的另一端与所述第一三极管的基极和所述第八电阻的一端电连接，所述第八电阻的另一端与直流偏置电压供电端电连接。

较佳地，所述基极电路包括第六电容、第七电容、第九电阻和第十电阻；

所述第六电容的一端与所述交流电压供电端电连接，所述第六电容的另一端分别与所述第七电容的一端和所述第九电阻的一端电连接；

所述第九电阻的另一端与所述第一三极管的发射极电连接；

所述第七电容的另一端分别与所述第十电阻的一端和所述第一三极管的基极电连接，所述第十电阻的另一端与直流偏置电压供电端电连接。

较佳地，所述基极电路还包括第十一电阻、第十二电阻、第八电容和第九电容；

所述第十一电阻的一端与所述交流电压供电端电连接，所述第十一电阻的另一端分别与所述第八电容的一端和所述第六电容的一端电连接，所述第八电容的另一端接地；

所述第十二电阻的一端与所述第七电容的另一端电连接，所述第十二电阻的另一端分别与所述第一三极管的基极和所述第九电容的一端电连接，所述第九电容的另一端接地。

较佳地，所述第一三极管为NPN型双极性三极管，所述第二三极管为PNP型双极性三极管。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型中，将第一三极管的发射极的发射电压反馈至基极电路中的一电阻或者一电容，且在第一三极管的发射极与交流电压输出端之间连接有电阻，具体通过调节第一三极管的发射极与交流电压输出端之间的电阻的阻值，来调整交流电压输出端的输出电压值，即实现改变滤波器的增益的同时不影响滤波器的品质因数；另外，本实用新型的有源滤波器电路还具有占用印刷版空间较小、降低成本的优点。

附图说明

图1为现有技术中的Sallen-key低通滤波器的电路结构示意图。

图2为本实用新型较佳实施例的有源滤波器电路的第一电路结构示意图。

图3为本实用新型较佳实施例的有源滤波器电路的第二电路结构示意图。

图4为本实用新型较佳实施例的有源滤波器电路的第三电路结构示意图。

图5为本实用新型较佳实施例的有源滤波器电路的第四电路结构示意图。

图6为本实用新型较佳实施例的有源滤波器电路的第五电路结构示意图。

图7为本实用新型较佳实施例的有源滤波器电路的第六电路结构示意图。

图8为本实用新型较佳实施例的有源滤波器电路的第七电路结构示意图。

图9为本实用新型较佳实施例的有源滤波器电路的第六电路结构对应的幅频特性曲线。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图2所示，本实施例的有源滤波器电路包括基极电路1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1和第二电阻R2。

基极电路1的第一端与交流电压供电端Vi(t)电连接，基极电路1的第二端与第一三极管Q1的基极电连接；

第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的基极电连接，第一三极管Q1的发射极分别与基极电路1的第三端、第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端电连接，第一电阻R1的另一端接地；

第二电阻R2的另一端分别与第二三极管Q2的集电极和交流电压输出端电连接，第二三极管Q2的发射极与直流供电端DC电连接；

其中，基极电路的第三端反馈至第一三极管的发射极的交流增益保持为1；

交流电压输出端的输出电压值随第二电阻R2的调节而变化。

即基极电路用于实现第一三极管能够导通工作，同时也保证了第一三极管的品质因数不随着输出电压的变化发生变化，从而保证了整个有源滤波器电路的品质因数不发生改变。

优选地，如图3所示，有源滤波器电路还包括第一电容C1、第三电阻R3和第四电阻R4；

第三电阻R3的一端与交流电压输出端电连接，第三电阻R3的另一端接地；

第一电容C1的一端与第一电阻R1的另一端电连接，第一电容C1的另一端与第四电阻R4的一端电连接，第四电阻R4的另一端与第二电容的一端电连接；

其中，交流电压输出端的输出电压值随第二电阻R2和/或第四电阻R4的调节而变化。

具体地，基极电路1包括但不限于以下三种电路结构：

1)如图4所示，属于二阶低通滤波器电路，其中基极电路1包括第五电阻R5、第六电阻R6、第二电容C2和第三电容C3；

第五电阻R5的一端与交流电压供电端Vi(t)电连接，第五电阻R5的另一端分别与第二电容C2的一端和第六电阻R6的一端电连接；

第六电阻R6的另一端分别与第一三极管Q1的基极和第三电容C3的一端电连接，第三电容C3的另一端接地；

第二电容C2的另一端与第一三极管Q1的发射极电连接。

其中，低通部分的信号反馈通过第二电容C2接入第一三极管Q1的发射极，使得反馈至第一三极管Q1的交流增益始终为1，从而保证整个有源滤波器电路的品质因数不发生改变；当需要改变有源滤波器电路的增益时，只需要调节第二电阻R2和/或第四电阻R4即可实现。

当需要调整该二阶低通滤波器电路的品质因数和转折频率时，可以通过分别调节第五电阻R5、第六电阻R6、第二电容C2和第三电容C3来实现。

2)如图5所示，属于二阶窄带带通滤波器电路，其中基极电路1包括第七电阻R7、第八电阻R8、第四电容C4和第五电容C5；

第七电阻R7的一端与交流电压供电端Vi(t)电连接，第七电阻R7的另一端分别与第四电容C4的一端和第五电容C5的一端电连接；

第四电容C4的另一端与第一三极管Q1的发射极电连接；

第五电容C5的另一端与第一三极管Q1的基极和第八电阻R8的一端电连接，第八电阻R8的另一端与直流偏置电压供电端VBias电连接。

其中，窄带带通部分的信号反馈通过第四电容C4接入第一三极管Q1的发射极，使得反馈至第一三极管Q1的交流增益始终为1，从而保证整个有源滤波器电路的品质因数不发生改变；当需要改变有源滤波器电路的增益时，只需要调节第二电阻R2和/或第四电阻R4即可实现。

当需要调整二阶窄带带通滤波器电路的品质因数和转折频率时，可以通过分别调节第七电阻R7、第八电阻R8、第四电容C4和第五电容C5来实现。

3)如图6所示，属于二阶高通滤波器电路，其中基极电路1包括第六电容C6、第七电容C7、第九电阻R9和第十电阻R10；

第六电容C6的一端与交流电压供电端Vi(t)电连接，第六电容C6的另一端分别与第七电容C7的一端和第九电阻R9的一端电连接；

第九电阻R9的另一端与第一三极管Q1的发射极电连接；

第七电容C7的另一端分别与第十电阻R10的一端和第一三极管Q1的基极电连接，第十电阻R10的另一端与直流偏置电压供电端VBias电连接。

其中，高通部分的信号反馈通过第九电阻R9接入第一三极管Q1的发射极，使得反馈至第一三极管Q1的交流增益始终为1，从而保证整个有源滤波器电路的品质因数不发生改变；当需要改变有源滤波器电路的增益时，只需要调节第二电阻R2和/或第四电阻R4即可实现。

当需要调整二阶高通滤波器电路的品质因数和转折频率时，可以通过分别调节第六电容C6、第七电容C7、第九电阻R9和第十电阻R10来实现。

4)如图7所示，属于四阶宽带带通滤波器电路(即二阶低通滤波器电路和二阶高通滤波器电路相结合)，通过在3)中的基极电路1中增加第十一电阻R11、第十二电阻R12、第八电容C8和第九电容C9；

第十一电阻R11的一端与交流电压供电端Vi(t)电连接，第十一电阻R11的另一端分别与第八电容C8的一端和第六电容C6的一端电连接，第八电容C8的另一端接地；

第十二电阻R12的一端与第七电容C7的另一端电连接，第十二电阻R12的另一端分别与第一三极管Q1的基极和第九电容C9的一端电连接，第九电容C9的另一端接地。

其中，直流偏置电压供电端VBias通过第一电阻R1、第十电阻R10和第十二电阻R12为第一三极管Q1提供偏置电流，第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1构成带负反馈的电压放大器，其交流信号电压放大倍数为第二电阻R2的阻值除以第一电阻R1的阻值和第四电阻R4的阻值的并联值R2/(R1//R4)；具体通过第九电阻R9接入第一三极管Q1的发射极，使得反馈至第一三极管Q1的交流增益始终为1，从而保证整个有源滤波器电路的品质因数不发生改变；当需要改变有源滤波器电路的增益时，只需要调节第二电阻R2和/或第四电阻R4即可实现。

当需要调整四阶宽带带通滤波器电路的品质因数和转折频率时，可以通过分别调节第六电容C6、第七电容C7、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第八电容C8和第九电容C9来实现。

即本实施例中仅通过两个三极管(可调节增益)或一个三极管(增益为1)的电路结构构成有源滤波器电路，而不需要较高成本的运算放大器，从而降低了产品成本。

另外，当将图7中的第二三极管Q2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1去掉，将第一三极管Q1的集电极与直流供电端DC电连接，则形成如图8所示的有源滤波器电路，该电路不能改变增益，对应的品质因数也始终不发生变化，电路结构更加精简。

如图9所示，为四阶宽带带通滤波器电路对应的幅频特性曲线，横轴表示频率(单位Hz)，纵轴表示增益。

曲线a表示增益为19.9dB，高通-3dB频率约为191Hz，低通-3dB频率约为20KHz。曲线b表示增益为14.0dB，高通-3dB频率约为191Hz，低通-3dB频率约为20KHz。

可以得知，曲线a与曲线b的曲线变化走势保持一致，即表明本实施例的有源滤波器电路在实现增大增益的同时，不影响其品质因数。

本实施例中，将第一三极管的发射极的发射电压反馈至基极电路中的一电阻或者一电容，且在第一三极管的发射极与交流电压输出端之间连接有电阻，具体通过调节第一三极管的发射极与交流电压输出端之间的电阻的阻值，来调整交流电压输出端的输出电压值，即实现改变滤波器的增益的同时不影响滤波器的品质因数；另外，本实用新型的有源滤波器电路还具有占用印刷版空间较小、降低成本的优点。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种有源滤波器电路，其特征在于，所述有源滤波器电路包括基极电路、第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻；

所述基极电路的第一端与交流电压供电端电连接，所述基极电路的第二端与所述第一三极管的基极电连接；

所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极电连接，所述第一三极管的发射极分别与所述基极电路的第三端、所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端接地；

所述第二电阻的另一端分别与所述第二三极管的集电极和交流电压输出端电连接，所述第二三极管的发射极与直流供电端电连接；

其中，所述基极电路的第三端反馈至所述第一三极管的发射极的交流增益保持为1；

所述交流电压输出端的输出电压值随所述第二电阻的调节而变化。

2.如权利要求1所述的有源滤波器电路，其特征在于，所述有源滤波器电路还包括第一电容、第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的一端与所述交流电压输出端电连接，所述第三电阻的另一端接地；

所述第一电容的一端与所述第一电阻的另一端电连接，所述第一电容的另一端与所述第四电阻的一端电连接，所述第四电阻的另一端与所述第二电容的一端电连接；

其中，所述交流电压输出端的输出电压值随所述第二电阻和/或所述第四电阻的调节而变化。

3.如权利要求1所述的有源滤波器电路，其特征在于，所述基极电路包括第五电阻、第六电阻、第二电容和第三电容；

所述第五电阻的一端与所述交流电压供电端电连接，所述第五电阻的另一端分别与所述第二电容的一端和所述第六电阻的一端电连接；

所述第六电阻的另一端分别与所述第一三极管的基极和所述第三电容的一端电连接，所述第三电容的另一端接地；

所述第二电容的另一端与所述第一三极管的发射极电连接。

4.如权利要求1所述的有源滤波器电路，其特征在于，所述基极电路包括第七电阻、第八电阻、第四电容和第五电容；

所述第七电阻的一端与所述交流电压供电端电连接，所述第七电阻的另一端分别与所述第四电容的一端和所述第五电容的一端电连接；

所述第四电容的另一端与所述第一三极管的发射极电连接；

所述第五电容的另一端与所述第一三极管的基极和所述第八电阻的一端电连接，所述第八电阻的另一端与直流偏置电压供电端电连接。

5.如权利要求1所述的有源滤波器电路，其特征在于，所述基极电路包括第六电容、第七电容、第九电阻和第十电阻；

所述第六电容的一端与所述交流电压供电端电连接，所述第六电容的另一端分别与所述第七电容的一端和所述第九电阻的一端电连接；

所述第九电阻的另一端与所述第一三极管的发射极电连接；

所述第七电容的另一端分别与所述第十电阻的一端和所述第一三极管的基极电连接，所述第十电阻的另一端与直流偏置电压供电端电连接。

6.如权利要求5所述的有源滤波器电路，其特征在于，所述基极电路还包括第十一电阻、第十二电阻、第八电容和第九电容；

所述第十一电阻的一端与所述交流电压供电端电连接，所述第十一电阻的另一端分别与所述第八电容的一端和所述第六电容的一端电连接，所述第八电容的另一端接地；

所述第十二电阻的一端与所述第七电容的另一端电连接，所述第十二电阻的另一端分别与所述第一三极管的基极和所述第九电容的一端电连接，所述第九电容的另一端接地。

7.如权利要求1所述的有源滤波器电路，其特征在于，所述第一三极管为NPN型双极性三极管，所述第二三极管为PNP型双极性三极管。

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