有源滤波器

滤波器是允许某些频率成分通过和/或拒绝其他成分的电子电路。您可能在网络理论教程中遇到过滤波器。它们是无源的，是由电阻器、电容器和(或)电感器等无源元件组成的电路或网络。

本章详细讨论了有源滤波器。

有源滤波器的类型

有源滤波器是电子电路，由运算放大器等有源元件以及电阻器和电容器等无源元件组成。

有源滤波器根据其允许和/或拒绝的频带主要分为以下四种类型 −

如果有源滤波器仅允许(通过) 低频成分，并拒绝(阻止)所有其他高频成分，则称为有源低通滤波器。

有源低通滤波器的电路图如下图所示 −

我们知道，连接到运算放大器非反相端的电网是无源低通滤波器。因此，运算放大器非反相端的输入是无源低通滤波器的输出。

请注意，上述电路类似于非反相放大器。它将无源低通滤波器的输出作为运算放大器非反相端的输入。因此，它产生的输出是非反相端输入的 $\left(1+\frac{R_f}{R_1} ight)$ 倍。

我们可以适当选择 $R_{f}$ 和 $R_{1}$ 的值，以便在输出端获得所需的增益。假设，如果我们将 $R_{f}$ 和 $R_{1}$ 的电阻值视为零欧姆和无穷大欧姆，则上述电路将产生 单位增益 低通滤波器输出。

如果有源滤波器仅允许(通过)高频分量并拒绝(阻止)所有其他低频分量，则它被称为 有源高通滤波器。

有源高通滤波器的 电路图 如下图所示 −

我们知道，连接到运算放大器非反相端的电网是 无源高通滤波器。因此，运算放大器非反相端的输入是无源高通滤波器的输出。

现在，上述电路类似于非反相放大器。它将无源高通滤波器的输出作为运算放大器非反相端的输入。因此，它产生的输出是其非反相端输入的 $\left(1+\frac{R_f}{R_1} ight)$ 倍。

我们可以适当选择 $R_f$ 和 $R_1$ 的值，以便在输出端获得所需的增益。假设，如果我们将 $R_{f}$ 和 $R_{1}$ 的电阻值视为零欧姆和无穷大欧姆，则上述电路将产生单位增益高通滤波器输出。

如果有源滤波器仅允许(通过)一个频带，则它被称为有源带通滤波器。通常，该频带位于低频范围和高频范围之间。因此，有源带通滤波器会拒绝(阻止)低频和高频分量。

有源带通滤波器的电路图如下图所示

请注意，有源带通滤波器的电路图中有两个部分：第一部分是有源高通滤波器，而第二部分是有源低通滤波器。

有源高通滤波器的输出用作有源低通滤波器的输入。这意味着，有源高通滤波器和有源低通滤波器都是级联，以便以仅包含特定频带的方式获得输出。

第一阶段的有源高通滤波器允许大于有源带通滤波器的下截止频率的频率。因此，我们必须适当地选择 $R_{B}$ 和 $C_{B}$ 的值，以获得有源带通滤波器所需的较低截止频率。

类似地，第二阶段的有源低通滤波器允许小于有源带通滤波器较高截止频率的频率。因此，我们必须适当地选择 $R_{A}$ 和 $C_{A}$ 的值，以获得有源带通滤波器所需的较高截止频率。

因此，上面讨论的图中的电路将产生有源带通滤波器输出。

如果有源滤波器拒绝(阻止)特定频带，则称为有源带阻滤波器。一般来说，这个频带位于低频范围和高频范围之间。因此，有源带阻滤波器允许(通过)低频和高频分量。

有源带阻滤波器的框图如下图所示 −

请注意，有源带阻滤波器的框图在其第一阶段由两个块组成：有源低通滤波器和有源高通滤波器。这两个块的输出作为第二阶段中存在的块的输入。因此，求和放大器产生的输出是将有源低通滤波器和有源高通滤波器的输出相加而得到的放大版本。

因此，当我们选择低通滤波器的截止频率小于高通滤波器的截止频率时，上述框图的输出将是有源带阻滤波器的输出。

有源带阻滤波器的电路图如下图所示 −

我们已经看到了有源低通滤波器、有源高通滤波器和求和放大器的电路图。请注意，我们通过将有源带阻滤波器框图中的各块替换为相应的电路图，得到了上述有源带阻滤波器的电路图。