4.4.1 简单有源滤波器

我讲有源滤波器 位于书本的4.4节 无源滤波器的负载也构成滤波器的一部分 所以会导致截止频率偏移 那么出于隔离负载的目的 引入运放后的滤波器就称为有源滤波器 值得一提的是并非所有场合都适用于有源滤波器 对于截止频率没有严格要求 例如仅仅是滤除一些毛刺干扰的时候 使用 RC 或者 LC 滤波显得简单 那么当信号的频率非常高 比如到了几百 MHz 甚至 GHz 的时候 高带宽的运放不仅数量少而且非常贵 这时候呢我们一般采用 LC 滤波 如果不是对信号滤波而是对于电源滤波的场合 我们考虑到效率问题 那肯定也是不能用有源滤波的 现在讲简单有源滤波器 位于4.4.1节 如图所示 在无源滤波器的最后输出级用运放隔离一下 使得滤波器不受负载影响就构成了简单有源滤波器 那么对于理想滤波器来说 虽然我们不可能去做到 在截止频率中，截止频率的位置突然就没了 它信号就不通过了 但是呢我们也希望它选择性足够好 在截止频率之前不要去衰减 而到了截止频率之后呢按理论值进行衰减 一阶、二阶、三阶、四阶 这是性能选择性非常好的滤波器 但实际上这个也是不可能的 我们看实际电路的仿真 对各级输出进行传输特性仿真得到幅频和相频特性曲线 一阶、二阶、三阶、四阶 我们看到如图所示的普通滤波器 在截止频率之前 信号就有明显的衰减 而在截止频率之后它的衰减呢又不够迅速 非常好的滤波器应该像虚线这样 在截止频率之前不衰减 在截止频率之后呢按照理论值进行衰减 那么这种过渡带特别大就性能不太好 这在理论计算上呢表现为低 Q 值 好，复杂有源滤波器 对于 Sallen-Key 和 MFB 拓扑的复杂有源滤波来说 它可以调整 Q 值 最终可以构成贝赛尔、巴特沃斯、切比雪夫等 不同 Q 值滤波器响应类型 那么我们看 贝塞尔滤波器的 Q 值最低 图中显示为0.58 因此呢它的频率选择性最差 红色这个，它的过渡带最大 那达到同样的滤波效果呢需要更高阶数 切比雪夫的 Q 值最高，图中是1.3 它的过渡带衰减最快，这根 它的频率选择性最好 但是呢它的幅频曲线有过冲 不如其它两种滤波器来得平坦 巴特沃斯滤波器 Q 值适中 图中为0.71 它的通带内增益最平坦 增益最平坦 我们希望在通带的时候 不要发生衰减 它这方面性能最好 它的性能比较均衡 那么贝塞尔滤波器肯定有它的优点 否则它根本就不会存在 如图所示呢为三种滤波器的群延时特性曲线 那么所谓群延时简单来说 就是说一群信号同时进去还能不能同时一块出滤波器 那么如果我们想像滤波器对于通带内的信号 衰减是一致的，平坦 但是群延时不一致 那么它的输出信号也将变得面目全非 那贝塞尔滤波器的群延时最为平坦 它适用于音频滤波的场合 它声音不变调 我们再来看三种滤波器的阶跃特性曲线 也就是说我输入一个方波的边沿 那么当滤波器输入突变信号 滤波器会不会出现过冲 要花多久时间恢复稳定 这就是阶跃响应 显然我们希望没有过冲而且尽快达到稳定 那么 DAC 的输出信号可以看成阶跃信号 高频干扰信号也可以看成阶跃信号 这两种信号对于滤波器的频率选择性其实要求不高 那么贝塞尔滤波器我们可以看到它的阶跃响应没有过冲 这一优点呢特别适合作为 DAC 的输出低通滤波器 还有 ADC 输入端的抗混叠低通滤波器来使用 如果我们把三种 Q 值滤波器打个比方的话 那么切比雪夫滤波器的药效是最猛的 但是副作用最大 巴特沃斯呢各方面性能居中 用的人也最多 贝赛尔滤波器要稍慢 但是副作用最轻 本课小结 简单有源滤波器 把无源滤波器后面加一级运放，隔离负载 那么它就构成了简单的有源滤波器 那么理想多阶滤波器的幅频特性呢 我们是希望它在截止频率之前不要去衰减 在截止频率之后呢 按照理论值、理论斜率进行衰减 这是理想的多阶滤波器 而实际多阶滤波器的幅频特性曲线呢会有过渡带 在截止频率之前它就已经衰减了 在截止频率之后呢它又没有按照理论值进行衰减 那么对于复杂有源滤波器 MFB 和 Sallen-Key 拓扑来说 它们采用的电阻和电容值不同就会得到不同的Q值 对于巴特沃斯来说它的最大优点是通带增益最为平坦 蓝线部分 也就是说在截止频率之前它的变化最小 切比雪夫呢它的过渡带 比如说过了截止频率以后它的衰减是最快的 那么贝塞尔呢它的群延时平坦 阶跃响应没有过冲 这是它的优点 无过冲，贝塞尔 好，这节课就到这里