董秀娟

摘 要 出了用濾波器節(jié)級聯(lián)、GIC替換全極點(diǎn)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(shè)計(jì)有源高通濾波器，并推廣到設(shè)計(jì)高階濾波器，設(shè)計(jì)方法簡單、直觀。

關(guān)鍵詞 GIC SC濾波器 高通濾波器

中圖分類號：TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 有源高通濾波器的特性

高通濾波器是一個(gè)使高頻率比較容易通過而阻止低頻率通過的系統(tǒng)，它去掉了信號中不必要的低頻成分。在電力系統(tǒng)中，諧波補(bǔ)償時(shí)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(jià)格昂貴，不適合IC型式的大規(guī)模生產(chǎn)。文中介紹了頻率限制在兆赫茲以下范圍用運(yùn)算放大器取代電感來設(shè)計(jì)高通濾波器的方法，并介紹了用級聯(lián)設(shè)計(jì)方法和直接綜合法實(shí)現(xiàn)高階有源高通濾波器。

2 級聯(lián)的方法設(shè)計(jì)高通濾波器

一階和二階濾波器是構(gòu)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(jié)構(gòu)，二階濾波器有Sallen-Key和多路反饋兩種結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)舉例：設(shè)計(jì)一個(gè)三階貝塞爾高通濾波器，要求濾波器的轉(zhuǎn)折頻率fc=1KHz。

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

3 梯形模仿設(shè)計(jì)高通濾波器

從模塊化設(shè)計(jì)的角度來說，要求級聯(lián)濾波器的各部分相互獨(dú)立。從靈敏度方面考慮，可以以無源RLC梯形原型作為出發(fā)點(diǎn)，用模仿模塊來替代電感使濾波器變成有源結(jié)構(gòu)。

舉例設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一個(gè)橢圓高通濾波器，fc=300Hz，Amax=0.1dB，Amin=40dB。

首先畫出要設(shè)計(jì)的高通濾波器對應(yīng)的高通全極點(diǎn)梯形電路，然后用通用阻抗轉(zhuǎn)換器（GIC） 來模仿電感，并綜合出與頻率有關(guān)的電阻值，就可以來實(shí)現(xiàn)不同響應(yīng)的高通濾波器。圖2是最終設(shè)計(jì)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(gè)雙積分環(huán)路模塊組成，在每一模塊中都配置了一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)放，借助外部電阻能獨(dú)立的配置成低通、帶通、高通、帶阻和全通響應(yīng)，具有可編程性。通過級聯(lián)多個(gè)雙積分器環(huán)路節(jié)可以實(shí)現(xiàn)高階濾波器。

舉例設(shè)計(jì)：采用兩個(gè)LMF100CIWM，設(shè)計(jì)一個(gè)fc=500Hz，高頻增益為0dB的八階1.0dB切比雪夫高通濾波器。

設(shè)計(jì)過程，令fck=100fc=50KHz。查表取出各級參數(shù)，令LMF100CIWM的節(jié)A為低Q級，節(jié)B為高Q級，要避免各濾波器級的電路進(jìn)入飽和，按Q值由低到高的順序?qū)⑺鼈兗壜?lián)以使濾波器動態(tài)特性最大。圖3是設(shè)計(jì)的電路圖，圖中各電阻值都已經(jīng)舍入到標(biāo)準(zhǔn)值的1%范圍內(nèi)。

5 結(jié)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(shè)計(jì)貝塞爾、橢圓、切比雪夫三種響應(yīng)的有源高階高通濾波器，設(shè)計(jì)方法簡單、直觀。

參考文獻(xiàn)

[1] R.Schaumann，M.S.Ghausi，and K.R.Laker.Design of Analog Filters；Passive，Active RC，and Switched Capacitor.Prentice-Hall，Englewood Cliffs，NJ，1990.

[2] Arther B Williams.ELECTRONIC FILTER DESIGN HANDBOOK[M].北京.電子工業(yè)出版社，2004.

[3] 祁國權(quán).RLC串聯(lián)電路諧振特性的Multisim仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012（1）.

[4] 高立，陳書遠(yuǎn).通用阻抗變化器在有源濾波器中的應(yīng)用[J].電子元件應(yīng)用，2007（10）.

[5] 高晉占，宋麗.開關(guān)電容濾波器頻域分析[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2005（05）.