一階帶通濾波器電路圖原理

傳統(tǒng)的帶通濾波器設(shè)計(jì)方法中涉及了很多復(fù)雜的理論分析和計(jì)算。針對(duì)上述缺點(diǎn)，介紹一種使用EDA軟件進(jìn)行帶通濾波器的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)闡述了使用FilterPro軟件進(jìn)行有源帶通濾波器電路的設(shè)計(jì)步驟，然后給出了在proteus中對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真分析和測(cè)試的方法。測(cè)試結(jié)果表明，使用該方法設(shè)計(jì)的帶通濾波器具有性能穩(wěn)定。設(shè)計(jì)難度小等優(yōu)點(diǎn)，也為濾波器的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路。

帶通濾波器是一種僅允許特定頻率通過，同時(shí)對(duì)其余頻率的信號(hào)進(jìn)行有效抑制的電路。由于它對(duì)信號(hào)具有選擇性，故而被廣泛地應(yīng)用現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)中。但是，帶通濾波器的種類繁多，各個(gè)類型的設(shè)計(jì)差異也很大，這就導(dǎo)致了在傳統(tǒng)濾波器的設(shè)計(jì)方法中不可避免地要進(jìn)行大量的理論計(jì)算與分析，不但損失了寶貴的時(shí)間，同時(shí)也提升了電路的設(shè)計(jì)門檻。為了解決上述弊端，下面介紹了一種使用FilterPro和Proteus相結(jié)合的有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)方案，隨著EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，這種方法的優(yōu)勢(shì)也將越來越明顯。

圖1 使用理想運(yùn)放的帶通濾波器

電路原理圖如圖1所示。然后可在Proteus中搭建電路進(jìn)行仿真分析，前面已經(jīng)提到，F(xiàn)ilterPro生成的濾波器中的運(yùn)放使用的理想運(yùn)放模型，所以仿真時(shí)需要先用理想運(yùn)放進(jìn)行分析，然后再進(jìn)行替換。

下面我們來看一階有源濾波電路。

仿真電路圖如下：左邊為電路圖，右邊為波特圖(頻率響應(yīng))

圖2中，R1和C1構(gòu)成了無源的RC低通濾波器，運(yùn)放只起到跟隨或放大的作用。

通過選擇R2和R3的值可以將輸出信號(hào)放大，這里仿真時(shí)將R2設(shè)為0只是為了不放大，便于觀察波特圖。

下面討論設(shè)計(jì)兩種帶通濾波器，其一為二階低通濾波器和二階高通濾波器組成的四階帶通濾波器，如下圖：

圖 3 四階帶通濾波器

對(duì)于低通濾波器的設(shè)計(jì)，電容一般選取1000pF，對(duì)于高通濾波器的設(shè)計(jì)，電容一般選取0.1uF，然后根據(jù)公式R=1/2Πfc計(jì)算得出與電容相組合的電阻值，即得到此圖中R2、R6和R7，為了消除運(yùn)放的失調(diào)電流造成的誤差，盡量是運(yùn)放同相輸入端與反向輸入端對(duì)地的直流電阻基本相等，同時(shí)巴特沃斯濾波器階數(shù)與增益有一定的關(guān)系(見表1)，根據(jù)這兩個(gè)條件可以列出兩個(gè)等式：30=R4*R5/(R4 R5)，R5=R4(A-1)，36=R8*R9/(R8 R9)，R8=R9(A-1)由此可以解出R4、R5、R8、R9，原則是根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況稍調(diào)整電阻值保持在一定限度內(nèi)即可，不要相差太大，注意頻率不要超過運(yùn)放的標(biāo)定頻率。

本文簡(jiǎn)單介紹一階帶通濾波器電路圖的原理，雖然，它們一般只是由無源器件R、C在起作用，電路中的運(yùn)放只是跟隨或者放大信號(hào)，但是加入運(yùn)放后，它具有不少優(yōu)點(diǎn)。

由于運(yùn)放的輸入阻抗極高，使得RC濾波電路的輸出端不會(huì)受到負(fù)載的影響(等同于RC電路后端不接負(fù)載的情況);另外運(yùn)放的可以起到信號(hào)放大，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的作用。

但是由于運(yùn)放的帶寬有限，會(huì)使得有源濾波器的有效帶寬范圍只能在運(yùn)放的帶寬范圍內(nèi)，不能做到極高的頻段。