有源濾波

有源濾波

有源濾波（Active Filter）是一種利用有源器件（如運算放大器、電晶體等）與無源元件（電阻、電容、電感）共同構成的電子濾波電路。與無源濾波器相比，有源濾波器能夠提供信號增益，並具有更好的頻率特性。

有源濾波器通過有源器件對輸入信號進行放大和處理，結合RC或RL網絡實現頻率選擇功能。運算放大器作為核心元件，能夠補償無源元件造成的信號衰減，同時提供高輸入阻抗和低輸出阻抗特性。

1. 無需電感元件：避免了體積大、成本高的電感使用

2. 提供增益：可以放大信號而非僅衰減

3. 阻抗匹配容易：輸入阻抗高、輸出阻抗低

4. 頻率特性好：可實現陡峭的截止特性

5. 體積小巧：適合集成電路實現

按頻率響應分類

• 低通濾波器（LPF）：允許低頻通過，衰減高頻

• 高通濾波器（HPF）：允許高頻通過，衰減低頻

• 帶通濾波器（BPF）：允許特定頻帶通過

• 帶阻濾波器（BEF）：阻擋特定頻帶

• 全通濾波器：不改變幅度，僅調整相位

按階數分類

• 一階濾波器

• 二階濾波器

• 高階濾波器（三階及以上）

1. Sallen-Key結構：最常用的二階有源濾波結構

2. 多重反饋結構：適用於帶通和帶阻濾波

3. 狀態變量濾波器：可同時輸出低通、高通和帶通信號

4. 雙二次型濾波器：具有優異的頻率特性

1. 巴特沃斯響應：最大平坦幅度響應

2. 切比雪夫響應：允許通帶波紋，但過渡帶更陡

3. 貝塞爾響應：保持相位線性，群延遲恆定

4. 橢圓函數響應：最陡峭的過渡帶特性

1. 音頻處理：均衡器、分頻器

2. 通信系統：頻道選擇、信號調理

3. 儀器儀表：信號分析、噪聲抑制

4. 醫療電子：生物信號提取

5. 電力電子：諧波治理

優點

• 無需體積龐大的電感

• 可實現精確的濾波特性

• 便於調節參數

• 易於級聯實現高階濾波

缺點

• 需要電源供電

• 受有源器件帶寬限制

• 可能引入額外噪聲

• 動態範圍受限

1. 更高頻率的集成有源濾波器

2. 數字可編程有源濾波

3. 與數字信號處理技術融合

4. 低功耗設計

5. 多功能集成濾波模塊

選擇有源濾波器時需考慮：

• 截止頻率或中心頻率要求

• 衰減斜率需求

• 通帶波紋容忍度

• 相位特性要求

• 功耗限制

• 成本因素