深度揭秘——有源濾波器設(shè)計

　　有源濾波器是測試測量電路中經(jīng)常會使用到的電路，大家也經(jīng)常會看到諸哪MFB濾波器，巴特沃斯濾波器，等各種不同的說法，下面帶大家一起來認(rèn)識有源濾波器。

　　一.濾波器的頻率響應(yīng)

　　濾波器可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等四種，由于四種濾波器可相互轉(zhuǎn)化，本文為行文方便全部以低通濾波器為例進行說明。

　　理想的低通濾波器幅頻特性曲線如下圖所示，即通帶增益恒定，過渡帶無窮小，過渡區(qū)域斜率無窮大，阻帶增益為0。但這樣理想的幅頻特性在現(xiàn)實當(dāng)中是不存在的。因此濾波器設(shè)計的中心問題，就是要計算出一個響應(yīng)曲線，按照規(guī)定的精確度逼近理想情況的濾波器，并在實驗室中制作實現(xiàn)。下圖實線即為這樣一條低通濾波器的實際響應(yīng)曲線。

　　實際電路設(shè)計普遍被大家接受的濾波器幅頻響應(yīng)特性包括以下幾種：巴特沃斯濾波器，切比雪夫濾波器，橢圓濾波器，貝塞爾濾波器等多種。

　　1.巴特沃斯濾波器

　　具有最大幅度平坦度特性，使用該濾波器可獲得盡可能平坦的通帶幅頻響應(yīng)。高于截止頻率的頻帶衰減具有適中的斜率，其脈沖響應(yīng)具有適當(dāng)?shù)倪^沖及振鈴。下圖為不同階數(shù)巴特沃斯濾波器的幅頻響應(yīng)和時域響應(yīng)。

　　2.切比雪夫濾波器

　　與巴特沃斯型相比，此類濾波器在通帶以外的衰減更為陡峭，但這是以犧牲通帶內(nèi)的紋波為代價的。切比雪夫濾切比雪夫濾波器的截止頻率定義為響應(yīng)滾降至低于紋波帶的頻點。對于偶數(shù)階濾波器而言，所有紋波均高于0 dB了益的直流響應(yīng)，因此截止頻點位于0 dB 衰減處。對于奇數(shù)階濾波器來說，所有的紋波均低于0 dB了益的直流響應(yīng)，截止頻率則定義為低于紋波帶最大衰減點(- ripple dB的頻點)。在極點數(shù)量一定時，增加通帶紋波可實現(xiàn)更陡峭截止。相對于巴特沃茲濾波器而言，切比雪夫濾波器的脈沖響應(yīng)具有更大的振鈴。

　　下圖為此型濾波器的頻域與時域響應(yīng)。

　　3.貝賽爾

　　也稱為湯姆遜(Thomson)型濾波器。由于其線性相位響應(yīng)特性，使得此類濾波器具有最優(yōu)的脈沖響應(yīng)(最小化過沖及振鈴)性能。對于給定的極點數(shù)量而言，貝賽爾的幅頻響應(yīng)并不如巴特沃茲平坦，-3 dB 截止頻率以外頻帶的衰減也不如巴特沃茲陡峭。盡管須采用更高階的貝賽爾濾波器來逼近給定的巴特沃茲濾波器的幅頻響應(yīng)，但考慮到貝賽爾濾波器的脈沖響應(yīng)保真度，增加一定的復(fù)雜性(源于附加的濾波器部件)也是物有所值的。

　　下圖此型濾波器頻域響應(yīng)與時域響應(yīng)。