由 RC元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC有源滤波器,其功能是让一定频率
范围内的信号通过,抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。因受运算放大器带宽限制,这类滤波器仅适用于低频范围。根据频率范围可将其分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器,它们的幅频特性如图所示。具有理想特性的滤波器是很难实现的,只能用实际特性去逼近理想的。常用的逼近方法是巴特沃斯 (butterwoth)最大平坦响应和切比雪夫(chebyshex)等波动响应。在不允许带内有波动时,用巴特沃斯响应较好。如果给定带内所允许的纹波差,则用切比雪夫响应较好。
二阶 RC滤波器的传输函数如表 1所示。其常用电路有电压控制电压源(VCVS)电路
和无限增益多路反馈(MFB)电路。图(a)所示电路为压控电压源电路,其中运放为同相输
入,输入阻抗很高,输出阻抗很低,滤波器相当于一个电压源,故称电压控制电压源电
路。其优点是电路性能稳定、增益容易调节。图(b)所示电路为无限增益多路反馈电路,
其中运放为反相输入,输出端通过 C1、R2形成两条反馈支路,故称无限增益多路反馈
电路。其优点是电路有倒相作用,使用元件较少,但增益调节对其性能参数会有影响,
范围比 VCVS电路要小。
在设计滤波器时,通常给定的性能指标有截止频率 fc或截止角频率ωc,带内增益
AV,以及滤波器的品质因数 Q。对于二阶低通(或高通)滤波器,通常取 Q =O.707。在
设计中,如果仅由 fc、 AV及Q这三个数求出电路中的所有 R、C元件的值,是相当困
难的。通常是先设定一个或几个元件的值,再由以上公式建立方程组,求其它元件值。
设定的元件参数越少,方程求解越难,但电路调整较方便。
先选择电容 C的标称值,电容 C的初始值靠经验决定,通常以下面的数据作参考
所选择的电容 C的实际值,再按照下式计算电阻换标系数 K
fc的单位为 Hz;C的单位为 µF。
[注意]K值不能太大,否则会使电阻的取值较大,从而使引入的误差增加,通常取 I≤K
≤10。
从设计表中 1~4查出与 Av对应的电容值及 K=1时的电阻值。再将这些电阻值乘以
参数 K,得电阻的设计值和 C1的设计值。