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一种压控 电压源二阶有源低通滤波电路

阅读：1发布：2020-05-28

专利汇可以提供一种压控电压源二阶有源低通滤波电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种压控电压源二阶有源低通滤波电路，所述压控电压源二阶有源低通滤波电路包括电阻，电容和运算放大器；所述运算放大器的正输入端通过第一电容接地；通过第一电阻，第二电容，第二电阻与运算放大器的负输入端形成回路；运算放大器负输入端通过第三电阻接地；运算放大器正输入端通过第一电阻和第四电阻与电压源正极相连，电压源负极接地。本实用新型可以提高信号在截止频率时的放大能力，同时又不会因为引入的正反馈过强而产生自激振荡。可以避免当变电站在线监测装置需要从被监测设备提取基频的电流、电压信号分析时，高次谐波污染造成的测量不准确。具有工程实用价值。，下面是一种压控电压源二阶有源低通滤波电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种压控电压源二阶有源低通滤波电路，其特征在于：所述压控电压源二阶有源低通滤波电路包括电阻，电容和运算放大器；所述运算放大器的正输入端通过第一电容接地；
通过第一电阻，第二电容，第二电阻与运算放大器的负输入端形成回路；运算放大器负输入端通过第三电阻接地；运算放大器正输入端通过第一电阻和第四电阻与电压源正极相连，电压源负极接地。
2.根据权利要求1所述的压控电压源二阶有源低通滤波电路，其特征在于：运算放大器正电源端接VCC，负电源端接VEE。
3.根据权利要求1所述的压控电压源二阶有源低通滤波电路，其特征在于：运算放大器输出端通过第五电阻接地；回路中，第一电阻与第二电容连接，第二电容与运算放大器的输出端连接，运算放大器的输出端再与第二电阻连接。
4.根据权利要求1所述的压控电压源二阶有源低通滤波电路，其特征在于：第一电容和第二电容为0.1μF。
5.跟据权利要求1所述的压控电压源二阶有源低通滤波电路，其特征在于：第一电阻为
15.9 kΩ；第二电阻为50.5 kΩ；第三电阻为86.2 kΩ；第四电阻为15.9 kΩ。

说明书全文

一种压控电压源二阶有源低通滤波电路

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种低通滤波电路，尤其是一种压控电压源二阶有源低通滤波电路。

背景技术

[0002] 滤波电路是一种对信号频率具有选择作用的电路，滤波电路能有效的消除高次谐波给信号提取带来的影响，设计合理的滤波电路可以实现特定频率范围的信号通过，而抑制无用频率的信号，在信号处理、数据传输、自动控制等领域有着广泛的应用。

[0003] 滤波电路按其工作频带可以分为低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(BEF)和全通滤波器(APF)；还可按是否有源分为无源滤波电路和有源滤波电路，无源滤波电路是指仅由电阻、电容、电感等无源元件构成的滤波网络，由无源元件(如电阻、电容)和有源元件(如集成运放)共同构成的网络称为有源滤波电路。

[0004] 按RC网络的阶数又可分为一阶、二阶、高阶等滤波电路，高阶滤波电路比低阶滤波电路相比具有更广的信号放大的线性区，不易发生非线性失真，通带电压放大能力和带负载能力高，但是阶数越高，滤波电路的设计会越复杂，常用的滤波技术有物理电路滤波与数字软件滤波。

[0005] 在物理电路滤波方面，由于有源滤波电路是在无源电路和负载之间加了一个高输入电阻、低输出电阻的隔离电路(即集成运放)，有效的避免了无源滤波电路负载会影响滤波特性的问题。然而，目前高频谐波、噪声信号依然会对待检测信号产生影响，进而，高次谐波污染会造成测量不准确。实用新型内容

[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种压控电压源二阶有源低通滤波电路，在简单二阶低通滤波电路基础上，通过将电容接地端直接接到运放的输出端，在电路中同时引入了正、负反馈，并合理设置参数，以提高信号在截止频率时的放大能力，同时，又不会因为引入的正反馈过强而产生自激振荡。

[0007] 本实用新型的技术方案具体如下：

[0008] 一种压控电压源二阶有源低通滤波电路，其特征在于：所述压控电压源二阶有源低通滤波电路包括电阻，电容和运算放大器；所述运算放大器的正输入端通过第一电容接地；通过第一电阻，第二电容，第二电阻与运算放大器的负输入端形成回路；运算放大器负输入端通过第三电阻接地；运算放大器正输入端通过第一电阻和第四电阻与电压源正极相连，电压源负极接地。

[0009] 进一步地，运算放大器正电源端接VCC，负电源端接VEE。

[0010] 进一步地，运算放大器输出端通过第五电阻接地；回路中，第一电阻与第二电容连接，第二电容与运算放大器的输出端连接，运算放大器的输出端再与第二电阻连接。

[0011] 进一步地，第一电容和第二电容为0.1μF。

[0012] 进一步地，第一电阻为15.9kΩ；第二电阻为50.5kΩ；第三电阻为86.2kΩ；第四电阻为15.9kΩ。

[0013] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

[0014] 本实用新型将简单的二阶低通滤波电路中的电容接地端直接接到运放的输出端，这样就在电路中同时引入了负、正反馈，通过合理设置参数，可提高信号在截止频率时的放大能力，同时又不会因为引入的正反馈过强而产生自激振荡。可以减小高频谐波、噪声信号对待检测信号的影响。针对50Hz基频信号能够不失真通过，并滤除其他大部分谐波。可以避免当变电站在线监测装置需要从被监测设备提取基频的电流、电压信号分析时，高次谐波污染造成的测量不准确。具有工程实用价值。附图说明

[0015] 图1为简单的二阶低通滤波电路模型；

[0016] 图2为压控电压源二阶低通滤波电路；

[0017] 图3为二阶低通滤波电路图。

具体实施方式

[0018] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本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对本实用新型一部分实例，而不是全部的实例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0019] 如图3所示，本实施的压控电压源二阶有源低通滤波电路，所述压控电压源二阶有源低通滤波电路包括电阻，电容和运算放大器LM324N；所述运算放大器的正输入端通过第一电容C3接地；通过第一电阻R12，第二电容C4，第二电阻R9与运算放大器的负输入端形成回路；运算放大器负输入端通过第三电阻R8接地；运算放大器正输入端通过第一电阻R12和第四电阻R14与电压源正极相连，电压源负极接地。运算放大器LM324N正电源端接VCC，负电源端接VEE。

[0020] 运算放大器LM324N输出端通过第五电阻R10接地；回路中，第一电阻R12与第二电容C4连接，第二电容C4与运算放大器的输出端连接，运算放大器的输出端再与第二电阻R9连接。

[0021] 本实施例中，第一电容和第二电容为0.1μF。第一电阻为15.9kΩ；第二电阻为50.5kΩ；第三电阻R8为86.2kΩ；第四电阻为15.9kΩ。

[0022] 本实施例的压控电压源二阶低通滤波器是将简单的二阶低通滤波电路中的C1接地端直接接到运放的输出端，这样就在电路中同时引入了负、正反馈，通过合理设置参数可提高信号在截止频率f0时放大能力，又不会因为引入的正反馈过强而产生自激振荡，其原理图如下：

[0023] 图1为简单的二阶低通滤波电路模型；图2为压控电压源二阶低通滤波电路。

[0024] 设C2＝C1＝C，则在M点节点，电流方程为：

[0025]

[0026] 在P点的电流方程为：

[0027]

[0028] 由式(1)、(2)有滤波电路的传递函数为：

[0029]

[0030] 其中，s是频率；

[0031] 称为电路的增益放大系数；

[0032] 称为滤波器的特征频率或者截止频率，该参数是设计滤波器的主要依据。

[0033] 称为品质因素，表示当f＝f0时，电压放大倍数与通带放大倍数之比。

[0034] 滤波电路的设计过程如下：

[0035] (1)选择截止频率f0＝100Hz，保证50Hz基频不失真通过。通过查表如下，本文选择电容C＝0.1μF，所以采用104瓷片电容。相关计算如表1所示：

[0036] 表1

[0037]

[0038] C＝0.1μF，R＝15.9kΩ

[0039] (2)选择品质因素Q＝0.707，为了实现滤波电路有较为平滑的幅频特性，根据压控电压源二阶低通滤波电路的幅频特性曲线，选择Q＝0.707，所以：

[0040]

[0041] 有Aup＝1.586，即电路的增益放大倍数为1.586倍。

[0042] (3)计算反馈电阻R8、R9，根据运放的输入电阻的对称性，计算得：R8//R9＝2R；Aup＝1+R9/R8；有R8＝86.2kΩ，R9＝50.5kΩ。

[0043] (4)绘制电路图。根据计算得参数在Multisim软件绘制电路图如下，如图3所示，这里采用运放为LM324N，LM324高增益的特性可用于不同的电压等级。假设输入信号是幅值为2V，频率为50Hz的基波与幅值为0.5V，频率为450Hz的谐波叠加信号，基于Multisim虚拟工具箱分析输入输出信号，对信号进行输入输出波形，幅频特性，信号频谱分析等。R8、R9、R12、R14的误差为5％。

[0044] 以上所述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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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