有源高通濾波器的設計

董秀娟

摘 要 出了用濾波器節級聯、GIC替換全極點梯形電路中的電感、綜合通用SC濾波器芯片LMF100，這三種方法來設計有源高通濾波器，并推廣到設計高階濾波器，設計方法簡單、直觀。

關鍵詞 GIC SC濾波器 高通濾波器

中圖分類號：TN713 文獻標識碼：A

1 有源高通濾波器的特性

高通濾波器是一個使高頻率比較容易通過而阻止低頻率通過的系統，它去掉了信號中不必要的低頻成分。在電力系統中，諧波補償時用高通濾波器濾除某次及其以上的各次諧波。由于在基本的電路元件中電感是最不理想的，體積大，價格昂貴，不適合IC型式的大規模生產。文中介紹了頻率限制在兆赫茲以下范圍用運算放大器取代電感來設計高通濾波器的方法，并介紹了用級聯設計方法和直接綜合法實現高階有源高通濾波器。

2 級聯的方法設計高通濾波器

一階和二階濾波器是構建高階濾波器的基本模塊，一階濾波器有反相和同相兩種結構，二階濾波器有Sallen-Key和多路反饋兩種結構。

設計舉例：設計一個三階貝塞爾高通濾波器，要求濾波器的轉折頻率fc=1KHz。

設計思路是首先查表取出三階貝塞爾濾波器的系數，然后計算每級濾波器的參數。先選定電容值，然后計算出電阻值。設定C1=C2= C3=100nF，第一級用一個一階同相高通濾波器，R1=4.2k%R；第二級用一個二階Sallen-Key高通濾波器，R4=6.36 k%R，R5=3.34 k%R。圖1是設計的濾波器仿真電路。

3 梯形模仿設計高通濾波器

從模塊化設計的角度來說，要求級聯濾波器的各部分相互獨立。從靈敏度方面考慮，可以以無源RLC梯形原型作為出發點，用模仿模塊來替代電感使濾波器變成有源結構。

舉例設計，設計一個橢圓高通濾波器，fc=300Hz，Amax=0.1dB，Amin=40dB。

首先畫出要設計的高通濾波器對應的高通全極點梯形電路，然后用通用阻抗轉換器（GIC） 來模仿電感，并綜合出與頻率有關的電阻值，就可以來實現不同響應的高通濾波器。圖2是最終設計的電路。

4 通用SC濾波器綜合成高階高通濾波器

LMF100CIWM通用SC濾波器是由兩個雙積分環路模塊組成，在每一模塊中都配置了一個獨立的運放，借助外部電阻能獨立的配置成低通、帶通、高通、帶阻和全通響應，具有可編程性。通過級聯多個雙積分器環路節可以實現高階濾波器。

舉例設計：采用兩個LMF100CIWM，設計一個fc=500Hz，高頻增益為0dB的八階1.0dB切比雪夫高通濾波器。

設計過程，令fck=100fc=50KHz。查表取出各級參數，令LMF100CIWM的節A為低Q級，節B為高Q級，要避免各濾波器級的電路進入飽和，按Q值由低到高的順序將它們級聯以使濾波器動態特性最大。圖3是設計的電路圖，圖中各電阻值都已經舍入到標準值的1%范圍內。

5 結論

本文介紹了高通濾波器的特性，以及用三種方法通過舉例設計貝塞爾、橢圓、切比雪夫三種響應的有源高階高通濾波器，設計方法簡單、直觀。

參考文獻

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