运算放大器作为有源带通和有源带阻滤波器

我们在之前的教程中学习过运算放大器使我们能够设计高性能滤波器来提供二阶频率响应不需要电感器。这是有益的，因为在现代电子设计的背景下，电感器的特性明显比电阻和电容的特性更有问题。

带通和带阻

低通滤波器通过低于截止频率的频率，而高通滤波器通过高于截止频率的频率。相比之下，带通滤波器只通过相对较窄范围内的频率，而带阻滤波器(又称为带阻滤波器或陷波滤波器)通过除相对较窄范围内的频率外的所有频率。

带通滤波器广泛应用于通信系统中，因为它可以将接收信号从相邻频带的接收信号中分离出来。带通滤波器也可用于识别传入音频信号的音高。

当系统需要抑制由小频率范围(如来自变频振荡器的干扰)或单个频率(如60hz电源线干扰)组成的噪声时，带阻滤波器是有用的。

单极与双极滚落

在前面的教程中，我们看到萨伦- key滤波器只需要一个运算放大器，并且可以生成一个二阶放大器。two-pole-response。另一种基于两极运放的架构是多反馈(MFB)拓扑。

当Sallen-Key或MFB滤波器实现高通或低通响应时，最大滚动是40 dB/decade。然而,当这些双刀拓扑用于带通或带阻反应,只转出最终将稳定在20 dB /十年,因为被动组件设计等方式把一个极点频率响应的低通部分和一个极点高通的频率响应。

在下面的章节中，我们将研究双极有源带通滤波器和带阻滤波器。这些电路只需要一个运放。不过，请记住，带通滤波器和带阻滤波器具有更陡的滚落，可以通过组合一个用于MFB低通滤波器的Sallen-Key和一个Sallen-Key或MFB高通滤波器来实现。

当需要带通响应时，可以先用高通滤波器，再用低通滤波器。当需要带阻响应时，可以使用求和阶段将低通滤波信号添加到高通滤波信号中。调整两个滤波器的截止频率，使频率响应以一种产生通带或陷波的方式重叠。

地铁消防队的带通滤波器

下面的原理图显示了一个基于运算放大器的有源滤波器，它能产生带通响应。

中心频率的计算方法如下:

\ [f {CTR} = \压裂{\√6{\压裂{1}{(R_1 | | R_2) R_3C_1C_2}}}{2π\}\]

尽管降噪会趋向于20分贝/十年，但中心频率附近的降噪会明显更陡，因为这部分频率响应受到滤波器Q因子的影响。更高的Q增加了中心频率附近的滚转-换句话说，更高Q的带通滤波器是一个更有选择性的滤波器。

带阻滤波器

一个高q带阻有源滤波器如下图所示。这种拓扑结构称为twin T网络。

该原理图包括导致陷波频率为60hz的元件值;抑制60hz电源线干扰是一个标准的陷波滤波器应用。注意，在这个原理图中，组件值的选择是这样的:R₁= R₂, R₁= 2×R_3.C₁= C₂C₁= C_3./ 2。缺口频率的计算方法如下:

\ [f{切口}= \压裂{1}{2 \πR_1C_1} \]

上述结构清楚地表明电路由两个t型无源元件网络组成;由两个电阻和一个电容组成的网络就像一个低通滤波器，而由两个电容和一个电阻组成的网络就像一个高通滤波器。

因此，该电路有一个低通级和一个高通级并联工作，有趣的是，本文前面描述的带阻实现由一个低通滤波输出和一个高通滤波输出通过求和组合而成。

总结

• 带通滤波器和带阻滤波器用于通过或阻挡窄范围的频率。
• 只使用一个运放与电容和电阻结合，就可以产生带通或带阻响应。
• 一种可选的带通和带阻设计方法是结合有源低通滤波器的响应和有源高通滤波器的响应。然而，这将导致组件计数增加:至少需要两个运放，并且无源组件的数量显著增加。