有源模擬帶通濾波器的設(shè)計(jì)

從圖5(a)中可以看出，隨著級(jí)聯(lián)次數(shù)的增加，A(f0)在逐漸變大，BW0.7也在逐漸變窄，說(shuō)明其對(duì)頻率的選擇性越來(lái)越好，對(duì)干擾信號(hào)的抑制能力也越來(lái)越強(qiáng)。
除了級(jí)聯(lián)能增強(qiáng)帶通濾波器對(duì)頻率的選擇能力以外，另外，改變品質(zhì)因素Q值的大小也能達(dá)到此效果。眾所周知，品質(zhì)因素Q如果小于0，電路就會(huì)自激振蕩，無(wú)法正常工作。從圖2可以看出，Q值越高，則通頻帶越窄，也就是說(shuō)濾波器對(duì)頻率的選擇性就越好，對(duì)干擾信號(hào)的抑制能力也就越強(qiáng)，但并不是Q值越大，電路就越好越穩(wěn)定。為此，也做了如下實(shí)驗(yàn)，即根據(jù)式(2)～式(4)，設(shè)計(jì)出了品質(zhì)因素Q分別為1．55、2．99、7．87這3種中心頻率(理論值)一樣的二階帶通濾波器，并分別繪制出了它們的電壓/V～頻率/kHz圖，如圖5(b)所示。
從圖5(b)中可以發(fā)現(xiàn)，品質(zhì)因素Q值越大，其A(f0)在逐漸變大，BW0.7也在逐漸變窄，但是隨著Q值的增加，其中心頻率也在向低頻端傾斜，并且低頻端上升的坡度較陡，相對(duì)于低頻端，高頻端下降的幅度較緩。根據(jù)前面的分析也不難看出，Q值如果無(wú)限的大，會(huì)造成電路的自激振蕩，無(wú)法正常工作。為了確定這點(diǎn)，也分別測(cè)試了Q值為2．99和7．87兩種帶通濾波器在無(wú)信號(hào)輸入情況下輸出端的情況，如圖6(a)，圖6(b)所示。從兩個(gè)示波器的圖可以看出，Q值越大，其自激的程度也就越大，當(dāng)Q值達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，自激程度與輸入信號(hào)的強(qiáng)度相當(dāng)或者比輸入信號(hào)還要強(qiáng)，就會(huì)影響整個(gè)電路的正常工作。

2．3 數(shù)值的選取
值得注意的是，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，首先要根據(jù)式(3)確定帶通濾波器的中心頻率，因?yàn)槎A帶通濾波器中的元器件比較多，相互干系也比較煩瑣。首先確定中心頻率對(duì)以后的數(shù)值計(jì)算會(huì)有很大的簡(jiǎn)化。為了方便，也可以取R1=R3=R，C1=C2=C，Ra=Rb=R’，如果想設(shè)計(jì)一個(gè)帶放大的帶通濾波器，可以根據(jù)式(2)或者根據(jù)有源帶通濾波器的同相放大倍數(shù)在確定了其它數(shù)值后適當(dāng)改變Ra和Rb的值得到你想要的放大倍數(shù)。這里建議不要隨意大幅度改變Ra和Rb的值，因?yàn)楦鶕?jù)式(4)可以看出在確定了其他數(shù)值后改變Ra和Rb會(huì)影響Q值，而Q值的大小直接影響到電路的工作狀態(tài)是否穩(wěn)定。此外，Q值對(duì)元器件數(shù)值的大小比較敏感，所以在選擇元器件時(shí)盡量選取精度較高的器件。

3 結(jié)束語(yǔ)
雖然由集成運(yùn)放和R、C組成的有源濾波電路，具有不用電感、體積小、重量輕，集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出阻抗又低，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用等優(yōu)點(diǎn)。但是因其品質(zhì)因素Q值無(wú)法做的很大，也就導(dǎo)致其通頻帶寬度無(wú)法做的很窄，造成了該濾波器對(duì)頻率的選擇性不是很好，對(duì)干擾信號(hào)的抑制能力也不是很強(qiáng)，所以在選擇設(shè)計(jì)濾波器方案的同時(shí)，要注意結(jié)合實(shí)際情況，在滿(mǎn)足實(shí)際要求的狀態(tài)下合理選用濾波器的設(shè)計(jì)方案。