有源滤波器与开关电容滤波器的性能比较

摘要：为了对一低频信号进行带通滤波及放大，采用由R、C和集成运算放大器组成的有源带通滤波器与开关电容滤波器两种方案，通过对实验数据的分析得出，有源滤波器的无输入噪声比较小，但是信号在中心频率附近变化时，输出信号的相位变化比较大；开关电容滤波器可以方便的改变中心频率及Q值，但是无输入时噪声比较大。
关键词：有源滤波器；带通滤波；开关电容；放大

对模拟信号进行滤波，其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。根据频率滤波时，把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号，通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。针对本应用所要求的带通滤波及放大，可以有多种方案，其中使用比较多的是由R、C及集成运放组成的有源带通滤波器和开关电容滤波器。

1 带通滤波器
带通滤波器的主要性能参数有：
(1)中心频率增益K0：输入为中心频率信号时的电压放大倍数。
(2)中心频率f0：它只与滤波用的电阻和电容元件的参数有关，是带通滤波器通带内电压增益最大点的频率。
(3)截止频率fL和fH：输出幅值为×输入×中心频率增益时所对应的频率，带通滤波器有两个，分别为低频截止频率fL和高频截止频率fH。
(4)通带宽度BW：高频截止频率fH与低频截止频率fL之差。
(5)品质因数Q；对带通滤波器而言，Q值等于中心频率f0与通带宽度BW之比。

2 有源滤波器
有源滤波器是由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器)组成。这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件)。缺点是：通带范围受有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在高压、高频、大功率的场合不适用。本实验采用平常使用比较多的多路负反馈二阶带通滤波器，如图1所示。

2．1 有源滤波器参数设计
其传递函数的一般形式为：