【电路笔记】-有源带通滤波器

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有源带通滤波器

带通滤波器或任何与此相关的滤波器的主要特征是它能够在称为“通带”的指定频带或频率范围内传递相对不衰减的频率。

1、概述

对于低通滤波器，该通带从 0Hz 或 DC 开始，一直持续到最大通带增益以下 -3dB 处的指定截止频率点。 同样，对于高通滤波器，通带从 -3dB 截止频率开始，一直持续到无穷大或有源滤波器的最大开环增益。

然而，有源带通滤波器略有不同，因为它是电子系统中使用的频率选择滤波器电路，用于将某个特定频率的信号或位于某个频率“频带”内的一系列信号与 所有其他频率。

该频带或频率范围设置在标记为“较低频率”($f_L$) 和“较高频率”($f_H$) 的两个截止频率点或转角频率点之间，同时衰减这两个点之外的任何信号。

如图所示，通过将单个低通滤波器与单个高通滤波器级联在一起，可以轻松制作简单的有源带通滤波器。

低通滤波器 (LPF) 的截止频率或转角频率高于高通滤波器 (HPF) 的截止频率，-3dB 点处的频率之间的差异将决定滤波器的“带宽”。 带通滤波器，同时衰减这些点之外的任何信号。 制作非常简单的有源带通滤波器的一种方法是将我们之前看到的基本无源高通和低通滤波器连接到放大运算放大器电路，如图所示。

2、有源带通滤波器

有源带通滤波器电路

将各个低通和高通无源滤波器级联在一起产生具有宽通带的低“Q 因数”型滤波器电路。 滤波器的第一级是高通级，它使用电容器来阻止来自源的任何直流偏置。

该设计的优点是产生相对平坦的非对称通带频率响应，一半代表低通响应，另一半代表高通响应，如图所示。

在标准一阶低通和高通滤波器电路中，较高转角点 ($f_H$) 以及较低转角频率截止点 ($f_L$) 的计算方式与之前相同。

显然，两个截止点之间需要合理的分离，以防止低通级和高通级之间的任何相互作用。 该放大器还提供两级之间的隔离并定义电路的整体电压增益。

因此，滤波器的带宽是这些上限和下限 -3dB 点之间的差值。 例如，假设我们有一个带通滤波器，其 -3dB 截止点设置为 200Hz 和 600Hz。 那么滤波器的带宽将如下所示： 带宽 (BW) = 600 – 200 = 400Hz。

有源带通滤波器的归一化频率响应和相移如下。

有源带通频率响应

虽然上述无源调谐滤波器电路将用作带通滤波器，但通带（带宽）可能相当宽，如果我们想要隔离小频带，这可能会成为问题。 也可以利用反相运算放大器制成有源带通滤波器。

因此，通过重新排列滤波器内电阻器和电容器的位置，我们可以产生更好的滤波器电路，如下所示。 对于有源带通滤波器，下截止-3dB点由$f_{C1}$给出，而上截止-3dB点由 f C 2 f_{C2} f