[拼音]：youyuan lüboqi

[外文]：active filter

含有有源器件的各種濾波網(wǎng)絡(luò)。與利用電感器、電容器實(shí)現(xiàn)濾波功能的無(wú)源濾波器相比，有源濾波器可以省去體積龐大的電感元件，便于小型化和集成化，適于實(shí)現(xiàn)較低頻率的濾波。有源濾波器所使用的基本元件主要是電阻器、電容器、晶體管和運(yùn)算放大器。有些有源濾波器還使用特殊的有源器件，如電荷耦合器件 (CCD)、電流傳送器等。

有源和無(wú)源元件結(jié)合可構(gòu)成多種用途的電路。在有源濾波器中常用的電路有放大器、射極跟隨器、倒相器、加法器和積分器等，最常用的是阻抗變換器。圖1為負(fù)阻抗變換器 (NIC)，它的輸入阻抗Z_i＝-Z₃/Z₂Z₄。 圖2為廣義阻抗變換器(GIC)，它的輸入阻抗Z_i＝Z₁Z₃Z₆/Z₂Z₄。

1954年J.G.林維爾提出用負(fù)阻抗變換器構(gòu)成RC濾波器。這是原始的有源濾波器。以后進(jìn)行了不斷的改進(jìn)。

（1）采用級(jí)聯(lián)方式。一般濾波器特性，可用兩個(gè)復(fù)頻率s多項(xiàng)式的商的傳遞函數(shù)表示。傳遞函數(shù)可分解為若干二階函數(shù)的乘積。每個(gè)二階函數(shù)用有源電路實(shí)現(xiàn)，然后級(jí)聯(lián)起來(lái)，即可實(shí)現(xiàn)總的傳遞函數(shù)。如果總傳遞函數(shù)是奇階的，則可有一個(gè)一階節(jié)或三階節(jié)。

二階節(jié)傳遞函數(shù)形成為分子中不同缺項(xiàng)情形可決定濾波性質(zhì)。如低通，只有常數(shù)項(xiàng)，高通只有s²項(xiàng)，帶通只有s項(xiàng)，帶阻只有s²+w?釹畹取?

級(jí)聯(lián)形式的二階節(jié)，用RC元件和反饋放大器組成的電路實(shí)現(xiàn)。反饋可有正、負(fù)、混合等形式。圖3a所示為單放大器薩倫－凱正反饋低通電路，傳輸特性如圖3b。

上述二階節(jié)的電路只用一個(gè)放大器，電路比較簡(jiǎn)單，但極點(diǎn)Q值不能太高，通帶-阻帶的衰減變化不陡峭。采用多個(gè)放大器的電路可以提高Q值。圖4是弗萊歇－陶三放大器二階節(jié)電路。圖中，運(yùn)算放大器1是積分器，運(yùn)算放大器2是倒相器，運(yùn)算放大器 3是加法泄漏積分器。適當(dāng)?shù)倪x擇各電阻、電容值，可構(gòu)成各種功能的濾波器。

這種二階節(jié)電路雖然比較復(fù)雜，但調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便，Q值也較高，濾波性能受環(huán)境變化的影響(靈敏度)也較小。為降低靈敏度還可采用多徑反饋，即在各二階節(jié)之間以一定形式加反饋。

常見(jiàn)的一種多徑反饋電路是“跳耦電路”。這種電路每隔一級(jí)反饋，如圖5。

（2）用有源電路模擬無(wú)源元件。級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的有源濾波電路的靈敏度比各種有源梯型模擬電路為高，而無(wú)源雙端終接電阻的梯型網(wǎng)絡(luò)的靈敏度最低。用有源電路來(lái)摸擬無(wú)源元件，可以得到接近無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的低靈敏度。模擬的基本方法有模擬電感和頻變負(fù)阻等。

模擬電感可利用圖2的阻抗變換器。如果Z₄是電容，Z₁、Z₂、Z₃、Z₆都是電阻，則Z_i就成電抗。另一模擬電感的方法是使Z_i中的電阻成分降到最低。一般，模擬接地電感比較容易，模擬浮地電感需采用較多的元件。不過(guò)，近來(lái)已出現(xiàn)一些既省元件、又能提供良好性能的浮地電感模擬方法。

頻變負(fù)阻也可用阻抗變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。把 LCR網(wǎng)絡(luò)中各元件值乘以k/s（k為常數(shù)），使其傳遞函數(shù)保持不變。這種變換稱為布魯吞變換。它將無(wú)源網(wǎng)絡(luò)中的R、L、C的阻抗分別變?yōu)槿菘?、電阻和頻變負(fù)阻。經(jīng)過(guò)變換的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)，但保持原來(lái)的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的低靈敏度特性。

在圖2的阻抗變換器中，如果選Z₂、Z₄為電阻，在Z₁、Z₃中則選兩個(gè)為電容，另一個(gè)為電阻，從輸入端看去，即成為頻變負(fù)阻。和模擬電感類似，構(gòu)成接地的頻變負(fù)阻比較容易，浮地的比較復(fù)雜。

如果濾波器無(wú)源LC原型中有浮地電感而無(wú)浮地電容（如許多低通濾波器），用頻變負(fù)阻變換較好，以免模擬浮地元件。

按給定技術(shù)要求得出的近似傳遞函數(shù)，雖可用各種不同有源網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，但早期出現(xiàn)的一些濾波電路，不能得到陡峭的衰減特性，即Q值不高，靈敏度也不很低。高Q低靈敏度是新型濾波電路的研制方向。有源元件本身特性和集成技術(shù)使有源濾波器受到一定限制，如頻率限度、動(dòng)態(tài)范圍、信噪比、壓擺率等。此外，調(diào)節(jié)難易，經(jīng)濟(jì)價(jià)值等也是決定優(yōu)劣的重要因素。有源濾波器的改進(jìn)，一方面有賴于有源元件及集成技術(shù)的進(jìn)展，一方面要求電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。

現(xiàn)代集成技術(shù)尚不能集成大值電容，集成高值電阻也有困難，開(kāi)關(guān)電容能解決這一困難，為有源濾波器全集成化開(kāi)辟了道路（見(jiàn)開(kāi)關(guān)電容濾波器）。

參考書(shū)目

1. L.T.Bruton，RC-Active　Circuits， Theory　andDesign，Prentice Hall，Englewood Cliffs，New Jersey， 1980.
2. M.S.Ghausi，K.R.Laker，Modern Filter　Design，Prentice Hall，Englewood Cliffs，New Jersey，1981.

參考文章

• 什么是有源濾波器，它與普通濾波器相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？測(cè)控技術(shù)

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標(biāo)簽：有源濾波器

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文章名稱：《有源濾波器》

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