有源带通滤波器

1、有源带通滤波器的设计郑南雁楚方求程友发摘要：有源带通滤波器以其良好的幅频特性，在信号的分析与测量中得到广泛应用。根据标准有源带通滤波器原理，采用频域分析法，可得出有源带通滤波器的特征频率计算公式。在此基础上，推荐了一种快捷实用的参数选择方法，并对单级、两级串联有源带通滤波器进行了幅频特性数字仿真。关键词：有源带通滤波器，频域分析，幅频特性，相频特性，特征频率The Design of Active Band-Pass FilterAbstract：Active band-pass filters are widely used in signal analysis and measuring

2、because of its good amplitude-frequency property.By applying frequency analysis method to a standard active band-pass filter circuit,a formula to calculate characteristic frequencies is offered.Furthermore,a quick way of selecting related parameters and a digital simulation of active band-pass filte

3、r single or two in series are given.Key words：active band-pass filter,frequency domain analysis,amplitude-frequency property,phase-frequency property,characteristic frequency测量和分析工程信号时，往往只需对特定频率或者特定频率范围的信号进行测量和分析，但在实际工程信号中，往往包含各种各样的干扰信号或者说是人们不感兴趣的信号。为了消除这些信号所产生的不良影响，人们最先想到的就是利用一个理想的带通滤波器，将这些干扰信号全部剔除

4、。但理想带通滤波器仅在理论上存在，实际设计和应用的带通滤波器只能尽可能地逼近理想的带通滤波器。1有源带通滤波器的设计1.1有源带通滤波器原理有源带通滤波器的原理见图1。图1有源带通滤波器原理1.2频域分析法假设：,由图1可得：当=0时，H()=0；当0时，那么H()的幅值为：假设该带通滤波器的特征频率为0，则由上式可以得出H()的最大值为（此时=0）：即：1.3参数选择由（3）、（4）两式不难看出，若取C1C2C，则有若再取R0=R1=R2=R,就可得到例如，要设计一个交流工频基波（50 Hz）的有源带通滤波器，要求滤波器的增益为2.5左右，则可对图1中的元器件参数作如下选择：第1步：为了计算

5、方便，取C1=C2=C(103pF,104pF，105pF，106pF，)，又要满足：（式中，R0R1表示R0与R1并联，即(R0R1)R2C2=，假设R0，R1，R2的取值范围都在几千欧至上百千欧之间，则有(R0R1)R25×109，即C0.447×10-7F(或44 700 pF)，由此可取C1=C2=106 pF；第2步：由C1=C2=106pF，可得(R0R1)R2107，即R0，R1，R2若同为一个数量级，则它们都只能取几千欧，考虑滤波器的增益为2.5左右，H()max成立，则有R25R010 k，R02 k，因此可取R0=1 500 =1.5 k，R2=7.5

6、k；第3步：将f0=50 Hz，C1=C2=106 pF，R0=1.5 k，R2=7.5 k代入（4）式，可得(R0R1)=1.351 k，则(R0R1)=1.351 k，R113.6 k，取R1=10 k；第4步：将f0=50 Hz，C1=C2=106 pF，R0=1.5 k，R1=10 k代入（4）式，可得R2=7.767 k；第5步：将C1=C2=106pF，R0=1.5 k，R1=10 k，R2=7.767 k代入（4）式，可得f0=50.003 0850.00 Hz，H(0)2.58，符合设计要求。当采用两级串联时，f0=50.003 0850.00 Hz，H(0)6.64。1.4幅

7、频特性曲线的数字仿真图2为有源带通滤波器的幅频特性曲线的数字仿真图。图2有源带通滤波器的幅频特性曲线的数字仿真图由图2可以看出:单级带通滤波器的最大幅值为2.59，频带约为31 Hz（3675Hz）；倘若用同样两级带通滤波器串联而成的带通滤波器其最大幅值为6.7，频带约为27Hz（3865Hz）。其幅频特性曲线的数字仿真图如图3所示。图3级连有源带通滤波器的幅频特性曲线的数字仿真图2应用示例有源带通滤波器在工程信号处理中应用十分广泛，电力载波通信就是一个典型的示例。为了充分利用电力载波资源，往往采用频分复用的方法将一个话路细分为通话、远动通信、高频保护等，而远动通信所占频带一般在2 4003

8、400Hz的范围内，为了使得通话、远动通信、高频保护之间不相互影响，对话音信号、远动信号、高频保护信号必须分别进行低通滤波、带通滤波、高通滤波。这些滤波器性能的好坏将直接影响通话效果和远动通信数据及高频保护的可靠性。在某110kV变电站的载波通信调试过程中，作者就遇到这样一个问题：载波通道的频带范围、幅频特性、相频特性都满足要求，但在远动通信时，只要使用载波电话，就会发现个别运动通信数据传输错误。经过多方面测试分析后发现，用户购买的国内某通信设备厂的调制解调器滤波性能欠佳。现场采用本文所介绍的方法改造了调制解调器上的带通滤波器的构造及参数后，经一年来的连续运行，尚未发现载波通话引起远动通信数据出错的情况。由此可以证明，采用滤波性能良好的带通滤波器