[发明专利]低通滤波电路

说明书

技术领域：

本发明涉及一种低通滤波电路，为了从信号中滤除高频交流分量，以得到信号中的直流和低频交流。该低通滤波电路的直流精度很高，同时可以滤除信号中超过预设的高频交流分量，衰减该信号的频带使其变得相对狭窄。 

背景技术：

现有技术已知的最简单的低通滤波电路是一阶或者二阶RC网络。一阶RC网络是由一个电阻和一个电容连接在输出端子和输入端子之间所构成的。二阶RC网络是由两个这样的电阻和两个这样的电容连接在输入端子和输出端子之间所构成的，具体连接方式如图1所示。这种类型的低通滤波电路的直流精度很高。这就是说，这种类型的低通滤波电路中没有有源电路，该滤波电路对除了从它的输入端流向输出端的直流信号的其他信号不作出任何响应。如图2中所示的实线曲线很好的说明了图1所示的纯RC过滤网络电路的输出电压和频率之间的函数关系，垂直轴表示输出电压，水平轴代表频率。 

值得注意的是，如图2所示，输出端子中的直流分量(频率为零)与输入端子中的直流分量相等。然而，从图2中还可以看出，随着电压的逐渐减小，频率在到达它的截止频率F_C之前，也随之相应的减小。F_C为输入电压衰减3分贝之后的信号的频率，或者(见图2所示)。从一方面来看，该纯RC滤波电路滤除信号中的超过预设频带的高频分量。从另一方面来看，该纯RC滤波电路的性能逐渐衰退，这可以与图2中虚线所示的理想低通滤波电路的性能作比较。从图2可以看出，理想低通滤波电路的输出电压从零频率到截止频率之间的较低频带内始终与输入电压保持相等，且输入电压(以及截止频率) 降为零。 

为了改善上述的低通滤波电路衰退的性能，有人提出了在纯RC网络电路中增加有源电路。具体连接方式如图3所示。该RC网络由电阻R1，R2，R3和电容C1，C2组成。电路的其余部分即为有源电路，该有源电路由运算放大器A1构成。该有源电路与RC网络共同作用，减缓了该低通滤波电路的衰减性能。如图4所示，与图2一样，很形象地描述了频率和输出电压之间的函数关系。值得注意的是，图4中实线曲线的顶部比图2中实线曲线的顶部平坦，这说明图3中的低通滤波电路的输入电压增益为1，该输入电压的频率大于零。然而，如图3所示的低通滤波电路不是直流高精度的。这就是说，该低通滤波电路的输出信号中零频率的直流分量可能等于或者大于或者小于输入信号中的直流分量，图4中的虚线很形象地说明了这一点，这是由直流路径中的有源电路，特别是运算放大器A1所引起的。如图3所示电路中，该直流路径中包括电阻R1和R3，还包括运算放大器的反馈回路。该运算放大器的反馈回路试图弥补信号中的直流分量，这样做的同时，又为输出的直流分量引入了一个干扰信号。 

发明内容：

鉴于上面所述的情况，本发明的第一个目的是提供一个低通滤波电路，是直流高精度的，同时，与纯RC低通滤波电路相比，过滤信号中的高频使其衰减的相对狭窄。 

本发明第二个目的是提供一个低通滤波电路，通过该低通滤波电路的直流分量和低频交流分量由幅度决定。同时，滤除信号中的高频分量，使得信号的频带衰减的相对狭窄，这是五阶滤波带的具体体现。 

本发明的第三个目的是提供一个低通滤波电路，利用其有源电路对信号的直流分量不作出响应这一特点，使得信号的直流分量得以分离。 

本发明第四个目的是提供一个低通滤波电路，之前所提到的该电路中的有源电路与输入输出相对独立，以分离出信号中的直流分量，即直流分量的幅度可能远大于未被分离的信号的幅度。 

本发明的技术解决方案： 

从以上可以看出，该低通滤波电路包含一个输入端子，一个输出端子，第一个电路端子和第二个电路端子。根据本发明的特征可知，第一个电路端子中无任何有源电路，它是在其输入端和传递的过程中对信号进行分离，如果信号中存在直流分量和低频交流分量，则在输出端输出。第二个电路端子与第一个电路端子相连接，其中包含有源电路，以阻止信号中的高频分量到达输出端。同时，第二个电路端子与第一个电路端子共同作用的条件下，使得有源电路对信号中的直流分量不作出响应，因此，该有源电路不影响出现在输出端的信号中直流分量的振幅。换句话说，根据这项发明的第一个特点，整个低通滤波电路在包含有源电路时，是直流高精度的。根据本发明的第二个特点，第二个端子电路中包含有源电路和一个预设的传递函数电路，该传递函数电路用以滤除超过预设的相对狭窄的频带的高频分量。在实际工作中，第二个端子电路，特别是传递函数电路，用以决定五阶滤波带的“最大频率”的衰减能力。