詳解帶通濾波器的電路分析—電路圖天天讀（271）

　　傳統(tǒng)的帶通濾波器設(shè)計方法中涉及了很多復(fù)雜的理論分析和計算。針對上述缺點，介紹一種使用 EDA 軟件進行帶通濾波器的設(shè)計方案，詳細闡述了使用 FilterPro 軟件進行有源帶通濾波器電路的設(shè)計步驟，然后給出了在 Proteus 中對所設(shè)計的濾波器進行仿 真分析和測試的方法。測試結(jié)果表明，使用該方法設(shè)計的帶通濾波器具有性能穩(wěn)定。設(shè)計難度小等優(yōu)點，也為濾波器的設(shè)計提供了一個新的思路。

　　帶通濾波器是一種僅允許特定頻率通過，同時對其余頻率的信號進行有效抑制的電路。由于它對信號具有選擇性， 故而被廣泛地應(yīng)用現(xiàn)在電子設(shè) 計中。但是， 帶通濾波器的種類繁多， 各個類型的設(shè)計差異也很大， 這就導(dǎo)致了在傳統(tǒng)濾波器的設(shè)計方法中不可避免地要進行大量的理論計算與分析，不但損失了寶貴的時間， 同時也提升了電路的設(shè)計門檻。為了解決上述弊端，本文介紹了一種使用FilterPro 和 Proteus 相結(jié)合的有源帶通濾波器的設(shè)計方案，隨著EDA 技術(shù)的不斷發(fā)展，這種方法的優(yōu)勢也將越來越明顯。

圖1 使用理想運放的帶通濾波器

　　電路原理圖如圖1所示。然后可在 Proteus 中搭建電路進行仿真分析， 前面已經(jīng)提到， FilterPro 生成的濾波器中的運放使用的理想運放模型，所以仿真時需要先用理想運放進行分析，然后再進行替換。

圖2 實際搭建的濾波器電路

　　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(yīng)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(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3 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=1/2Πfc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=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4二階帶通濾波器

　　編輯點評：本文介紹的這種帶通濾波器的設(shè)計方法具有很強的通用性。實踐表明，該方法不但可以避免一些復(fù)雜的理論計算和分析，同時通過仿真還可以直觀的檢驗電路的輸入和輸出，進而使得濾波器的性能更加的穩(wěn)定。
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