有源高通滤波器的设计

董秀娟

摘 要 出了用滤波器节级联、GIC替换全极点梯形电路中的电感、综合通用SC滤波器芯片LMF100，这三种方法来设计有源高通滤波器，并推广到设计高阶滤波器，设计方法简单、直观。

关键词 GIC SC滤波器 高通滤波器

中图分类号：TN713 文献标识码：A

1 有源高通滤波器的特性

高通滤波器是一个使高频率比较容易通过而阻止低频率通过的系统，它去掉了信号中不必要的低频成分。在电力系统中，谐波补偿时用高通滤波器滤除某次及其以上的各次谐波。由于在基本的电路元件中电感是最不理想的，体积大，价格昂贵，不适合IC型式的大规模生产。文中介绍了频率限制在兆赫兹以下范围用运算放大器取代电感来设计高通滤波器的方法，并介绍了用级联设计方法和直接综合法实现高阶有源高通滤波器。

2 级联的方法设计高通滤波器

一阶和二阶滤波器是构建高阶滤波器的基本模块，一阶滤波器有反相和同相两种结构，二阶滤波器有Sallen-Key和多路反馈两种结构。

设计举例：设计一个三阶贝塞尔高通滤波器，要求滤波器的转折频率fc=1KHz。

设计思路是首先查表取出三阶贝塞尔滤波器的系数，然后计算每级滤波器的参数。先选定电容值，然后计算出电阻值。设定C1=C2= C3=100nF，第一级用一个一阶同相高通滤波器，R1=4.2k%R；第二级用一个二阶Sallen-Key高通滤波器，R4=6.36 k%R，R5=3.34 k%R。图1是设计的滤波器仿真电路。

3 梯形模仿设计高通滤波器

从模块化设计的角度来说，要求级联滤波器的各部分相互独立。从灵敏度方面考虑，可以以无源RLC梯形原型作为出发点，用模仿模块来替代电感使滤波器变成有源结构。

举例设计，设计一个椭圆高通滤波器，fc=300Hz，Amax=0.1dB，Amin=40dB。

首先画出要设计的高通滤波器对应的高通全极点梯形电路，然后用通用阻抗转换器（GIC） 来模仿电感，并综合出与频率有关的电阻值，就可以来实现不同响应的高通滤波器。图2是最终设计的电路。

4 通用SC滤波器综合成高阶高通滤波器

LMF100CIWM通用SC滤波器是由两个双积分环路模块组成，在每一模块中都配置了一个独立的运放，借助外部电阻能独立的配置成低通、带通、高通、带阻和全通响应，具有可编程性。通过级联多个双积分器环路节可以实现高阶滤波器。

举例设计：采用两个LMF100CIWM，设计一个fc=500Hz，高频增益为0dB的八阶1.0dB切比雪夫高通滤波器。

设计过程，令fck=100fc=50KHz。查表取出各级参数，令LMF100CIWM的节A为低Q级，节B为高Q级，要避免各滤波器级的电路进入饱和，按Q值由低到高的顺序将它们级联以使滤波器动态特性最大。图3是设计的电路图，图中各电阻值都已经舍入到标准值的1%范围内。

5 结论

本文介绍了高通滤波器的特性，以及用三种方法通过举例设计贝塞尔、椭圆、切比雪夫三种响应的有源高阶高通滤波器，设计方法简单、直观。

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