巴特沃斯帶通濾波電路

1、模擬濾波器在測試系統(tǒng)或?qū)Ｓ脙x器儀表中是一種常用的變換裝置。例如：帶通濾波器用作頻譜分析儀中的選頻裝置；低通濾波器用作數(shù)字信號分析系統(tǒng)中的抗頻混濾波；高通濾波器被用于聲發(fā)射檢測儀中剔除低頻干擾噪聲；帶阻濾波器用作電渦流測振儀中的陷波器等等。 下面就在低頻高階濾波電路中應用較多的巴特沃斯濾波器的設(shè)計交流下自己的做法。本設(shè)計只討論有源帶通濾波器的設(shè)計，因為帶通包含了低通和高通的電路，暫不分別討論。設(shè)計中運放選擇TI產(chǎn)品典型的通用雙放LM358，LM358里面包括兩個高增益、獨立的、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，特點方面具有低輸入偏置電流、低輸入失調(diào)電壓

2、和失調(diào)電流，它的共模輸入電壓范圍較寬，差模輸入電壓范圍等于電源電壓范圍，單電源供電電壓3-32V，雙電源供電1.5-16V，單位增益帶寬為1MHz，適用于一般的帶通濾波器的設(shè)計，同時具有低功耗的功能，對于設(shè)計階數(shù)相對高一些的帶通濾波器的話，可以選用TI的四運放LM324，其性能與LM358大體相同，應用起來節(jié)省空間。對于運放的要求此設(shè)計不是特別高，只要運放的頻率滿足低通的截止頻率即可，如果精確度要求高的話那么首先運放的供電電壓要足夠穩(wěn)定，或者選擇精密運放，如TLC274A，否則通用的即可，例如推薦TI的LM224四運放。巴特沃斯帶通濾波器幅頻響應在通帶中具有最平幅度特性，但是從通帶到阻帶衰減較

3、慢，如果對于過渡帶要求稍高，可以增加階數(shù)來實現(xiàn)，否則改選用切比雪夫濾波電路。下面討論設(shè)計兩種帶通濾波器，其一為二階低通濾波器和二階高通濾波器組成的四階帶通濾波器，如下圖：圖1 四階帶通濾波器參數(shù)選擇與計算：對于低通濾波器的設(shè)計，電容一般選取1000pF，對于高通濾波器的設(shè)計，電容一般選取0.1uF，然后根據(jù)公式 R=1/2fc計算得出與電容相組合的電阻值，即得到此圖中R2、R6和R7，為了消除運放的失調(diào)電流造成的誤差，盡量是運放同相輸入端與反向輸入端對地的直流電阻基本相等，同時巴特沃斯濾波器階數(shù)與增益有一定的關(guān)系（見表1），根據(jù)這兩個條件可以列出兩個等式：30=R4*R5/(R4+R5)，R5

4、=R4(A-1),36=R8*R9/(R8+R9)，R8=R9(A-1)由此可以解出R4、R5、R8、R9，原則是根據(jù)現(xiàn)實情況稍調(diào)整電阻值保持在一定限度內(nèi)即可，不要相差太大，注意頻率不要超過運放的標定頻率。表1 巴特沃斯低通、高通電路階數(shù)與增益的關(guān)系其二是二階有源帶通濾波器，只用一個放大區(qū)間，如下圖：圖2 二階帶通濾波器原件參數(shù)的選取和計算同上方法。關(guān)于電容的選擇也可以用以下作為參考：表2 二階有源濾波電容的選擇f(Hz)100*1000C(uF)10-0.10.1-0.010.01-0.0010.001-0.00010.0001-0.00001兩種設(shè)計最終對比，前者有更好的濾波效果，過渡區(qū)較短些，階數(shù)對濾波器