李彦哲 关恩明
（中国电子科技集团第49研究所，黑龙江 哈尔滨 150001）
摘要：给出了二阶巴特沃兹有源低通滤波器的设计方法和设计实例，通过multisim电路仿真试验能够得到一个性能优良的二阶有源低通滤波器。
关键词：有源；低通滤波器；设计
１ 概述
低通滤波器ＬＰＦ是滤除噪声用得最多的滤波器。由于高阶有源低通滤波器的每个滤波节皆由二阶滤波器和一阶滤波器组成。我们设计一个巴特沃兹二阶有源低通滤波器。并使用电子电路仿真软件进行性能仿真。
２ 设计方法
２.１频率特性
巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为：
. . . . . . （1）
其中Auo为通带内的电压放大倍数，C为截止角频率，n称为滤波器的阶。从（1）式中可知，当=0时，（1）式有最大值1；=C时，（1）式等于0.707，即Au衰减了 3dB；n取得越大，随着的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性 越接近于理想特性。 当 >>C时，
. . . . . . （2）
两边取对数，得：
. . . . . . （3）
此时阻带衰减速率为： 20ndB/十倍频或6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。
任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n为偶数的高阶滤波器，可以由节二阶滤波器级联而成；而n为奇数的高阶滤波器可以由节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。
２.2设计步骤
有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，以巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计为例。具体步骤如下：
1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数。
2）选择具体的电路形式。
3）根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方
程组。
4）解方程组求出电路中元件的具体数值。
5）安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。
3 设计实例
设计一个有源低通滤波器，指标为：截止频率 fC=1kHz，通带电压放大倍数：Auo=2，在f = 10fc时，要求幅度衰减大于30dB 。
3.1设计步骤
1）由衰减估算式：20ndB/倍频，算出n = 2。
2）选择Sallen-Key电路作为低通滤波器的电路形式。
R3 R4
ui R1 R2 A uo
C1 C2
图1 压控电压源二阶有源低通滤波器
该电路的传递函数：
. . . . . . （4）
其归一化函数：
. . . . . . （5）
将上式分母与表1归一化传递函数的分母多项式比较得：
通带内的电压放大倍数：
=2. . . . . . （6）
滤波器的截止角频率：
=. . . . . . （7）
则：
. . . . . .（8）
. . . . . . （9）
在上面四个式子有六个未知数，三个已知量，因此有许多元件组可满足给定特性的要求，这就需要先确定某些元件的值，元件的取值有几种：
1） 当Af=1时，先取R1=R2=R，然后再计算C1和C2。
2） 当Af≠1时，取R1=R2=R，C1=C2=C。
3） 先取C1=C2=C，然后再计算R1和R2。此时C必须满足：
4） 先取C1，接着按比例算出C2=KC1，然后再算出R1和R2的值。
其中K必须满足条件：K≤Af-1+
对于本例，由于Af=2，因此先确定电容C1=C2的值，即取：
，
将C1=C2=C代入（7）和（8）式，可分别求得：
3.2仿真结果
通过multisim电路仿真试验能够得到一个性能优良的巴特沃兹二阶有源低通滤波器。1Hz时6.02dB, 1kHz时3dB, 10kHz时-33.9dB,满足设计要求。
４ 结论
通过设计的二阶有源低通滤波器，给出了设计有源低通滤波器的基本设计方法，步骤，经过电路仿真我们设计的二阶有源低通滤波器性能优良。
参考文献
［1］童诗白,华成英 模拟电子技术基础 高等教育出版社 １９８０；
［2］邵毅全，马耀庭 三阶有源低通滤波器设计与仿真研究 内江师范学院学报200908；
