有源濾波器與開關(guān)電容濾波器的性能比較

摘要：為了對一低頻信號進行帶通濾波及放大，采用由R、C和集成運算放大器組成的有源帶通濾波器與開關(guān)電容濾波器兩種方案，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析得出，有源濾波器的無輸入噪聲比較小，但是信號在中心頻率附近變化時，輸出信號的相位變化比較大；開關(guān)電容濾波器可以方便的改變中心頻率及Q值，但是無輸入時噪聲比較大。
關(guān)鍵詞：有源濾波器；帶通濾波；開關(guān)電容；放大

對模擬信號進行濾波，其基本原理就是利用電路的頻率特性實現(xiàn)對信號中頻率成分的選擇。根據(jù)頻率濾波時，把信號看成是由不同頻率正弦波疊加而成的模擬信號，通過選擇不同的頻率成分來實現(xiàn)信號濾波。針對本應(yīng)用所要求的帶通濾波及放大，可以有多種方案，其中使用比較多的是由R、C及集成運放組成的有源帶通濾波器和開關(guān)電容濾波器。

1 帶通濾波器
帶通濾波器的主要性能參數(shù)有：
(1)中心頻率增益K0：輸入為中心頻率信號時的電壓放大倍數(shù)。
(2)中心頻率f0：它只與濾波用的電阻和電容元件的參數(shù)有關(guān)，是帶通濾波器通帶內(nèi)電壓增益最大點的頻率。
(3)截止頻率fL和fH：輸出幅值為×輸入×中心頻率增益時所對應(yīng)的頻率，帶通濾波器有兩個，分別為低頻截止頻率fL和高頻截止頻率fH。
(4)通帶寬度BW：高頻截止頻率fH與低頻截止頻率fL之差。
(5)品質(zhì)因數(shù)Q；對帶通濾波器而言，Q值等于中心頻率f0與通帶寬度BW之比。

2 有源濾波器
有源濾波器是由無源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運算放大器)組成。這類濾波器的優(yōu)點是：通帶內(nèi)的信號不僅沒有能量損耗，而且還可以放大，負(fù)載效應(yīng)不明顯，多級相聯(lián)時相互影響很小，利用級聯(lián)的簡單方法很容易構(gòu)成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件)。缺點是：通帶范圍受有源器件(如集成運算放大器)的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場合不適用。本實驗采用平常使用比較多的多路負(fù)反饋二階帶通濾波器，如圖1所示。

2．1 有源濾波器參數(shù)設(shè)計
其傳遞函數(shù)的一般形式為：