巴特沃斯帶通濾波器設(shè)計(jì)

做巴特沃斯帶通濾波器設(shè)計(jì)模擬濾波器在測(cè)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(hào)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(cè)儀中剔除低頻干擾噪聲；帶阻濾波器用作電渦流測(cè)振儀中的陷波器等等。下面就在低頻高階濾波電路中應(yīng)用較多的巴特沃斯濾波器的設(shè)計(jì)交流下自己的做法。本設(shè)計(jì)只討論有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)，因?yàn)閹ò说屯ê透咄ǖ碾娐?，暫不分別討論。設(shè)計(jì)中運(yùn)放選擇TI產(chǎn)品典型的通用雙放LM358,LM358里面包括兩個(gè)高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)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(diǎn)方面具有低輸入偏置電流、低輸入失調(diào)電壓和失調(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(jì)，同時(shí)具有低功耗的功能，對(duì)于設(shè)計(jì)階數(shù)相對(duì)高一些的帶通濾波器的話(huà)，可以選用TI的四運(yùn)放LM324,其性能與LM358大體相同，應(yīng)用起來(lái)節(jié)省空間。對(duì)于運(yùn)放的要求此設(shè)計(jì)不是特別高，只要運(yùn)放的頻率滿(mǎn)足低通的截止頻率即可，如果精確度要求高的話(huà)那么首先運(yùn)放的供電電壓要足夠穩(wěn)定，或者選擇精密運(yùn)放，如TLC274A，否則通用的即可，例如推薦TI的LM224四運(yùn)放。巴特沃斯帶通濾波器幅頻響應(yīng)在通帶中具有最平幅度特性，但是從通帶到阻帶衰減較慢，如果對(duì)于過(guò)渡帶要求稍高，可以增加階數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，否則改選用切比雪夫?yàn)V波電路。下面討論設(shè)計(jì)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：R2R322KC1 .lOOOpF16K02

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lOOOpF-518KXU1ALM35SPC3卜O.LuFU'.liJlC4卄42KULBR2R322KC1 .lOOOpF16K02

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lOOOpF-518KXU1ALM35SPC3卜O.LuFU'.liJlC4卄42KULBjPort2~^850K圖1四階帶通濾波器參數(shù)選擇與計(jì)算：對(duì)于低通濾波器的設(shè)計(jì)，電容一般選取1OOOpF，對(duì)于高通濾波器的設(shè)計(jì)，電容一般選取O.luF，然后根據(jù)公式R=l/2nfc計(jì)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(yùn)放的失調(diào)電流造成的誤差，盡量是運(yùn)放同相輸入端與反向輸入端對(duì)地的直流電阻基本相等，同時(shí)巴特沃斯濾波器階數(shù)與增益有一定的關(guān)系(見(jiàn)表1),根據(jù)這兩個(gè)條件可以列出兩個(gè)等式：30=R4*R5/(R4+R5),R5=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(shí)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(guò)運(yùn)放的標(biāo)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24681.5S61-1521.IKS1.?382-23呂1.5661.337a?2.4B31.8892.C1其二是二階有源帶通濾波器，只用一個(gè)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(jì)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) <100100-1000(1-10)*1000C(uF) 10-0.10.1-0.01f(Hz) <100100-1000(1-10)*1000C(uF) 10-0.10.1-0.010.01-0.001兩種設(shè)計(jì)最終對(duì)比，前者有更好的濾波效果