基于变容二极管的高频压控带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于变容二极管的高频压控带通滤波器，包括依次相连接的电压跟随器电路、LC并联谐振电路和偏置共射放大电路，使用时，电压跟随器电路接控制电压，偏置共射放大电路接待测信号。该高频压控带通滤波器利用变容二极管取代LC并联谐振电路中的电容实现了滤波器的中心频率根据待测信号频率变化而变化的目的，并解决了在很多应用领域所测信号的不同而处理不便的问题。变容二极管的电容受控于两端的端电压，实现了谐振回路中谐振电容的可变性。电路结构简单、实时性好、成本低、调节方便可适用于不同的应用场合解决待测信号频率范围变化大的问题。
【专利说明】基于变容二极管的高频压控带通滤波器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于滤波器【技术领域】，涉及一种带通滤波器，特别涉及一种基于变容二极管的高频压控带通滤波器。
【背景技术】
[0002]滤波电路是无线电技术中许多设计问题的中心，在数据采集、信号处理和通信系统等领域有着广泛的应用。其中带通滤波器更是许多信号处理过程中的重要环节。在信号频率变化范围较窄的场合，设计固定滤波频率的滤波电路，人们已经积累了丰富的经验知识，技术也已成熟。但在很多应用领域所处理的信号频率变化范围都很大，采取滤波频率固定的带通滤波器就很难满足使用要求，所以滤波频率可控的带通滤波器的实现就显的尤为重要。
[0003]现阶段实现滤波频率可变的方法是:一是采用电容电阻网络以及模拟开关构建的可调滤波频率的多功能滤波器，这种实现方式精度不高，控制复杂，实时性差。而且由于各部分电容差异的存在对信号幅度和相位都会造成不可预料的影响；二是直接利用一些单片有源滤波芯片，通过时钟控制滤波频率，但构成的滤波电路噪声较大，且大范围跟踪频率的误差较大。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种电路控制简单、实时性好的基于变容二极管的高频压控带通滤波器，大范围跟踪频率误差小。
[0005]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是:一种基于变容二极管的高频压控带通滤波器，包括依次相连接的电压跟随器电路、LC并联谐振电路和偏置共射放大电路，使用时，电压跟随器电路接控制电压，偏置共射放大电路接待测信号。
[0006]本实用新型高频压控带通滤波器利用变容二极管取代LC并联谐振电路中的电容实现了滤波器的中心频率根据待测信号频率变化而变化的目的，并解决了在很多应用领域所测信号的不同而处理不便的问题。同时，稳定静态工作点共射放大电路采用的是NPN型三极管Q2N2222,其具有电流放大作用，可以把微弱的电信号变成一定强度的信号,在集电极与电源之间接入负载，可将电流放大转换成电压放大的特点。另外，并联谐振回路中的电容被变容二极管取代，利用MV209在高频段具有高Q值，电容受控于两端的端电压的特点实现了谐振回路中谐振电容的可变性。电压跟随器选取LM324，充分利用了它真差动输入级，可单电源工作，低偏置电流，具有内部补偿的特点，设计的电压跟随器电路结构简单，输出电压具有良好的线性度。该带通滤波器电路结构简单、实时性好、成本低、调节方便可适用于不同的应用场合解决待测信号频率范围变化大的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本实用新型高频压控带通滤波器的结构示意图。
[0008]图2是本实用新型高频压控带通滤波器中电压跟随器的示意图。
[0009]图3是本实用新型高频压控带通滤波器中LC并联谐振电路的示意图。
[0010]图4是本实用新型高频压控带通滤波器中偏置共射放大电路的示意图。
[0011]图1中:1.电压跟随器电路，2.LC并联谐振电路，3.偏置共射放大电路。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0013]如图1所示，本实用新型高频压控带通滤波器，包括依次相连接的电压跟随器电路1、LC并联谐振电路2和偏置共射放大电路3。
[0014]如图2，本实用新型高频压控带通滤波器中的电压跟随器电路1，包括第一芯片U1，第一芯片Ul采用运算放大器LM324，该运算放大器是低成本的具有真正差分输入的四路运算放大器；第一芯片Ul的第2引脚分别与第一电阻Rl的一端和第一芯片Ul的第I引脚相连接，第一电阻Rl的另一端接地，第一芯片Ul的第11引脚接地，第一芯片Ul的第3引脚分别与第2电阻R2的一端和第三电阻R3的一端相连接，第一芯片Ul的第4引脚分别与第一供电电源Vss (Vss=20V)的正极和第一电容Cvl的一端相连接，第三电阻R3的另一端、第一供电电源Vss的负极和第一电容Cvl的另一端均接地。第一芯片Ul的5?10引脚均悬空，第二电阻R2的另一端接控制电压Vf。第一芯片Ul的第一引脚与LC并联谐振电路2相连接。
[0015]如图3所示，本实用新型高频压控带通滤波器中的LC并联谐振电路2，包括变容二极管D1、电感L、第二电容Cv和第二供电电源Vs，变容二极管Dl采用具有高Q值的MV209变容二极管；变容二极管Dl的反向端与第三电容Cl的一端相连接，变容二极管Dl反向端与第三电容Cl 一端的接点与电压跟随器电路I相连接，即该接点与第一芯片Ul的第I引脚相连；变容二极管Dl正向端和电感L的一端分别与第一端口 Vl相连；第二电容Cv的一端和第二供电电源Vs (Vs=12V)的负极接地，第三电容Cl的另一端、电感L的另一端、第二电容Cv的另一端以及第二供电电源Vs的正极均与第二端口 V2相连接，第一端口 Vl和第二端口 V2分别与偏置共射放大电路3相连接。
[0016]图4是本实用新型高频压控带通滤波器中的偏置共射放大电路3，包括三极管Ql，三极管Ql采用NPN型三极管Q2N2222 ;三极管Ql的基极分别与第四电阻Rbl的一端、第四电容Cb的一端和第五电阻Rb2的一端相连接，第四电阻Rbl的另一端接LC并联谐振电路2，即第四电阻Rbl的另一端接第二端口 V2 ;三极管Ql的集电极和第五电容Ce的一端分别与LC并联谐振电路2相连接，即三极管Ql的集电极和第五电容Ce的一端接第一端口 Vl ；第五电容Ce的另一端和第六电阻RL的一端分别与输出端Vo相连接；三极管Ql的发射极分别与第七电阻Re的一端和第六电容Ce的一端相连接,第五电阻Rb2的另一端、第七电阻Re的另一端、第六电容Ce的另一端和第六电阻RL的另一端均接地。
[0017]电压跟随器电路I接控制电压Vf，待测信号Vi与偏置共射放大电路3连接。待测信号Vi作为处理信号加载到由三极管和电阻组成的稳定静态工作点的偏置共射放大电路中的基极端，偏置共射放大电路3的集电极端由LC并联谐振电路2组成输出负载，其中的谐振电容被变容二极管Dl取代，经过偏置共射放大电路3放大后进入LC并联谐振电路2，控制电压Vf加载到电压跟随器电路1，被电压跟随器电路I输入端的第二电阻R2分压，经过电压跟随器电路I后输出的电压Vd则连接到LC并联谐振电路2中变容二极管Dl的反向端，LC并联谐振电路2又作为偏置共射放大电路3的输出负载的一部分，和偏置共射放大电路3中的负载并联后最后的输出信号Vo从偏置共射放大电路3中引出，由于变容二极管的电容随着其两端的反向电压的变化而变化，而且变容二极管的正向端的电压接近于提供的电源值，控制电压经过电压跟随器之后加载到变容二极管的反向端，所以只改变控制电压Vf的大小即可改变谐振回路中的电容值，使得滤波器的中心频率&受控于控制电压Vf，实现滤波频率的连续变化。本实用新型高频压控带通滤波器电路充分利用了 LC并联谐振电路2和偏置共射放大电路3的优点，电路结构简单、实时性好、成本低、调节方便、可实现中心频率的范围为19MHz?25MHz，可适用于不同的应用场合。
[0018]变容二极管Dl受控于其两端的端电压，利用曲线拟合的方法求得它的电容解析表达式为:
[0019]
Cr=LOMCJ4^5 +!,TOxlCr2^4-0,^9^+5,09?2(I)
[0020]
Vr = IilV1-Vi (2)
[0021](I)式中Ct是变容二极管Dl的电容值，Vk是变容二极管Dl两端的电压值。由(I)式可以看出，只要合理改变变容二极管Dl两端的电压值，就可以改变变容二极管Dl的电容值与其端电压之间的压控关系。
[0022]结合基尔霍夫定律及图1?图4，可以得到本高频压控带通滤波器的传递函数:
[0023]
H(S)=-池■ [5/CT/(.S2 + SZCtRl + 1/ICT)3 (3)
[0024]与一般二阶带通滤波器传递函数及(5)=[￥/&/(/+*^/钱+<)对比可以得到:本实用新型高频压控带通滤波器的角频率和中心频率/5=l/(2ir^^>,由(I)式可得本高频压控带通滤波器的最终中心频率为:
[0025]
￡ =j 2^4 a mvfff-Uxm4If + 零(,.
[0026]从(4)式可以看出只要合理选择控制电压的大小就可以实现滤波器中心频率与控制电压的压控关系。
【权利要求】
1.一种基于变容二极管的高频压控带通滤波器，其特征在于，包括依次相连接的电压跟随器电路(I)、LC并联谐振电路(2)和偏置共射放大电路(3)，使用时，电压跟随器电路(I)接控制电压，偏置共射放大电路(3 )接待测信号。
2.根据权利要求1所述的基于变容二极管的高频压控带通滤波器，其特征在于，所述的电压跟随器电路(I)包括第一芯片(U1)，第一芯片(Ul)采用运算放大器LM324 ;第一芯片(Ul)的第2引脚分别与第一电阻(Rl)的一端和第一芯片(Ul)的第I引脚相连，第一电阻(Rl)的另一端接地，第一芯片(Ul)的第11引脚接地，第一芯片(Ul)的第3引脚分别与第2电阻(R2)的一端和第三电阻(R3)的一端相连接，第一芯片(Ul)的第4引脚分别与第一供电电源(Vss)的正极和第一电容(Cvl)的一端相连接,第三电阻(R3)的另一端、第一供电电源(Vss)的负极和第一电容(Cvl)的另一端均接地，第一芯片(Ul)的第I引脚与LC并联谐振电路(2)相连。
3.根据权利要求2所述的基于变容二极管的高频压控带通滤波器，其特征在于，所述的LC并联谐振电路(2)包括变容二极管(Dl)，变容二极管(Dl)采用MV209变容二极管；变容二极管(Dl)的反向端与第三电容(Cl)的一端相连接，变容二极管(Dl)反向端与第三电容(Cl) 一端的接点与电压跟随器电路(I)中第一芯片(Ul)的第I引脚相连；变容二极管(Dl)正向端和电感(L)的一端分别与第一端口(Vl)相连；第二电容(Cv)的一端和第二供电电源(Vs)的负极接地，第三电容(Cl)的另一端、电感(L)的另一端、第二电容(Cv)的另一端以及第二供电电源(Vs)的正极均与第二端口(V2)相连接，第一端口(Vl)和第二端口(V2)分别与偏置共射放大电路(3)相连接。
4.根据权利要求3所述的基于变容二极管的高频压控带通滤波器，其特征在于，所述的偏置共射放大电路(3)包括三极管(Q1)，三极管(Ql)采用NPN型三极管Q2N2222 ;三极管(Ql)的基极分别与第四电阻(Rbl)的一端、第四电容(Cb)的一端和第五电阻(Rb2)的一端相连接，第四电阻(Rbl)的另一端接LC并联谐振电路(2)中的第二端口(V2);三极管(Ql)的集电极和第五电容(Ce)的一端分别与LC并联谐振电路(2)中的第一端口(Vl)相连接，第五电容(Ce)的另一端和第六电阻(RL)的一端分别与输出端相连接；三极管(Ql)的发射极分别与第七电阻(Re)的一端和第六电容(Ce)的一端相连接，第五电阻(Rb2)的另一端、第七电阻(Re)的另一端、第六电容(Ce)的另一端和第六电阻(RL)的另一端均接地。
【文档编号】H03H7/12GK204013430SQ201420508001
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】马胜前, 赵长荣, 马智峰, 张维昭, 刘维兵, 吉彦平, 范满红, 郑丽蓉, 李新宇 申请人:西北师范大学