有源濾波器的特點及分類

有源濾波器的特點

有源濾波器的頻率范圍是由直流到500KHZ，在低頻范圍內已取代了傳統的LC濾波器。特別是在很低頻率下不可能實現LC濾波器，但有源濾波器卻能給出滿意的結果。

1、有源濾波器它的輸入阻抗高，輸出阻抗極低，因而具有良好的隔離性能，所以各級之間均無阻抗匹配的要求。

2、易于制作截止頻率或中心頻率連續可調的濾波器且調整容易。

3、如果使用電位器、可變電容器，有源濾波器的頻率精度易于達到0.5%。

4、不用電感器，體積小、重量輕，在低頻情況下，這種優點就更極為突出。

5、設計有源濾波器比設計LC濾波器具靈活性，也可得到電壓增益。

但是應當注意，有源濾波器以集成運放作有源元件，所以一定要電源，輸入小信號時受運放帶寬有限的限制，輸入大信號時受運放壓擺率的限制，這就決定了有源濾波器不適用于高頻范圍。目前實用范圍大致在100KHZ以內，另一方面，在頻率高于100KHZ時，無源濾波器的性能卻比有源濾波器的好，當頻率高于10MHZ時，無源濾波器則更顯得優越。

有源濾波器按通帶性能的分類

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像無源濾波器一樣，按通帶性能劃分有圖5.1-1所示的四種類型。即低通濾波器（LPF）高通濾波器（HPF），帶通濾波器（BPF），和帶阻濾波器（BEF）。以上四種濾波器，又統稱為選頻濾波器。

除了選頻濾波器之外，還有以相位響應為主要特性的其他一些濾波器，如全通濾波器。它的輸出幅度在全頻城內是恒定不變的，但輸出信號對輸入信號的相移卻是頻率的函數。因此全通濾波器也稱為相移濾波器。其幅頻響應和相頻響應如圖4.4-41所示。

有源濾波器以傳輸特性分類

最平通帶“巴特沃斯”響應

巴特沃斯濾波器的特點是在通帶以內幅頻曲線的幅度最平坦，由通帶到阻帶衰減陡度較緩，截止頻率以后的衰減速率為6MDB/倍頻程，相頻特性是非線性的。對階躍信號有過沖和振鈴現象。巴特沃斯濾波器是一種通用型濾波器，又稱為最平幅度濾波器，巴特沃斯低通濾波器特性如圖5.4-42所示。

通事等波紋“切比雪夫”響應

切比雪夫濾波器的特點是在通帶內，具有相等的波紋。截頻衰減陡度比同階數巴特沃斯特性更陡度比同階數程時的衰減就超過6NDB。在階數N一定時，波紋越大，截頻衰減陡度越陡。相位響應也是非線性，但較之比巴特沃斯為差。切比雪夫低通濾波器特性如圖5.4-43所示。

延遲平坦“貝塞爾”響應

貝塞爾濾波器的特點是延時特性最平坦，幅頻特性最平坦區較小，從通帶到阻帶衰減緩慢。貝塞爾濾波器的幅頻特性比巴特沃斯或切比雪夫濾波器差，但從圖5.4-44看出，貝塞爾濾波器的相位特性要好得多。貝塞爾濾波器又稱為線性相移或恒定延時濾波器。

通阻帶等波紋“橢圓函數”響應

橢圓函數濾波器的特點是在通帶和阻帶內均出現相等的紋波。圖5.4-45示出了橢圓函數低通濾波器響應的幅頻特性曲線阻帶紋波的出現使橢圓函數濾波器獲得了從通事到阻帶的最大的衰減速率。若給定濾波器的階數N，橢圓函數濾波器較其他類型的濾波器具有最陡的截頻衰減陡度。但它的延時特性不如前三種好。圖5.4-46對上述四種低通濾波器的截頻衰減陡度進行了比較。橢圓函數濾波器又稱考爾濾波器。

有源濾波器按傳輸函數的極、零點分類

全極點型濾波器

以上介紹的巴特沃斯、切比雪夫、貝塞爾等三種濾波器，它們的共同特點是傳遞函數的零點在無限頻處。也就是說，這些濾波器只有在無限頻處才能給出無窮大的衰減，稱之為全極點濾波器。

非全極點濾波器

如橢圓函數濾波器和反切比雪夫濾波器的共同特點是傳遞函中既含零點也含極點、這樣就能在限頻處獲得無窮大的衰減。以上兩種濾波器均是非全極點濾波器。上述濾波器均是非全極點濾波器。

上述濾波器，它們各有特點，在實際應用中，應該根據實際要求來選擇濾波器的類型。

如果要求通帶響應平坦，對截頻衰減陡度要求不太高，階躍響應允許有過沖的話，則應采用巴特沃斯濾波器。若對幅度平坦性要求不嚴，而對截止頻衰減陡度要求較高的情況，應采用切比雪夫濾波器。而對那此在不失真地再現信號這一要求比衰減特性更重要的場合下，則應采用貝塞爾濾波器。由于橢圓濾波器比其他類型濾波器，才使用橢圓濾波器。對于中等程度要求的濾波器來說，全極點濾波器是完全能滿足要求的。