近來一直做有關放大器的題目,因而無法避免要做濾波器,下面是有關濾波器的方面的思考。請大家批評指正。
由於我偏重模擬電路,因而主要討論模擬濾波器,因而側重這一方面。至於數字濾波器,暫且放一放。
模擬濾波器一般分為兩大類:有源濾波器和無源濾波器。
有源濾波器的功耗相對而言會小很多,而且在通帶內不會有衰減,而通過設定濾波器的Q值,可以改變放大倍數。一般的模擬低通濾波器用的很多用ButterWorth類型的有源濾波器,效果還是很好的。但是問題還是隨之而來,帶寬一般能提升,而且受到電路所選擇的運放限制,一旦超過運放頻率特性范圍,電路就很容易自激振盪,輸出的就全部是噪聲了。還有一個問題就是成本的問題,一般低頻信號濾波還是可以用普通運放,但是信號的頻率一旦增大了,尤其是信號達到MHz,這個時候普通的運放還是很難達到要求,就需要選擇高速運放,但是高速運放的價格確實很貴的。TI的OPA820可以做到Q值為2,帶寬為5MHz的低通濾波,效果還是算不錯,但是高頻信號的濾波器還是和電路結構,以及電容和地線之間的干擾有關系。我用OPA820搭建了一個5MHz的低通濾波器,但是實際還是達不到。有源濾波器仿真軟件可以用TI的FilterPro,但是一切軟件都僅僅 是一個工具,不能把一切結果放在這上面。
無源濾波器由於電阻以及電感的阻抗存在,功耗在同等情況下還是比前者要高一些,而且電路的延遲要要大一些。(這一點是從某一個文章上看到的,正確與否不確定,請指教)無源濾波器的主要優點就是其通帶可以設置很寬,可以做到10MHz以上,而且選擇不同類型的濾波器可以設置在通帶內的起伏,另一個就是成本低廉。前幾天做了一個低通橢圓濾波器,仿真的效果很好,用的是Filter Solutions,由於手頭電感限制,效果不如仿真,但是已經很好了,設計為10MHz,最終設計出來用示波器測試通帶大概為8.6MHz,通帶內十分平整。
無源濾波器的通帶變化還會受到輸入電阻和輸出電阻的影響,也就是輸入端信號源的內阻會對濾波器網絡有影響,其次負載的變化也對濾波網絡有影響,因此在設計的時候要考慮這一點。Filter Solutions可以設置輸入和輸出電阻的影響。一般會在輸入端加上電壓跟隨器,減小濾波網絡的輸入電阻。而負載的變化影響,我目前沒有見想到什么很好的辦法,就是有一個設想,想將負載盡量減小,然后對地並聯一個設定的負載電阻,這樣負載電阻(負載電阻遠大於設定電阻)和設定電阻並聯,其值還是和設定電阻值很接近,這樣負載效應還是很小的。
一直以來很想找一本無源濾波器設計的書好好研究一下,學一下設計的套路,還有在實際電路中需要注意的問題,電阻電容的布線問題。但是一直沒有找到,如果大家有什么有的書或是資料,請共享一下哈