有源模拟带通滤波器的设计

有源模拟带通滤波器的设计 滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 1 滤波器的结构及分类 以往这种滤波电路主要采用无源元件 R、L 和 C 组成，60 年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和 R、C 组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零 衰减的幅频响应和线 性的相 位 响应，而在阻带内应具有无限大的幅度 衰减。按 照 通带和阻带的位 置 分布 ，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。 文 中结合 实例 ，介 绍 了 设 计 一个 工作在低频段 的二 阶 有源模 拟 带通滤波器应该 注 意 的一些 问 题 。 2 二 阶 有源模 拟 带通滤波器的设 计 2． 1 基 本 参 数的设 定 二 阶 有源模 拟 带通滤波器电路，如 图 1 所 示 。图 中 R1、C2 组成低通网 络 ，R3、C1 组成高通网 络 ，A、Ra、Rb 组成了 同相 比例 放大电路，三 者 共 同组成了 具有放大作用的二 阶 有源模 拟 带通滤波器，以下 均 简 称为二 阶 带通滤波器。 根 据图 l 可 导 出带通滤波器的传递 函 数为 式(5)为二阶带通滤波器传递函数典型表达式，其中ω0 称为中心角频率。 令 s=jω，代入式(4)，可得带通滤波器的频率响应特性为 可画出其幅频响应曲线，如图 2 所示。图中，当 ω=ω0 时，电压放大倍数最大。带通滤波器的通频带宽度为BW0.7=ω0／(2πQ)=f0／Q ，显然 Q 值越高，则通频带越窄。 通频带越窄，说明其对频率的选择性就越好，抑制能力也就越强。理想的幅频特性应该是宽度为BW0.7 的矩形曲线，如图3(a)所示。在通频带内A(f)是平坦的，而通带外的各种干扰信号却具有无限抑制能力。各种带通滤波器总是力求趋近理想矩形特性。 然而实际设计出来的带通滤波器的幅频特性曲线，如图3(b)所示。...