MOSFET

4.4.1简单有源滤波器

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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