MOS管集成濾波器概述實例及基礎詳解

濾波器在通信系統、工業控制，儀器儀表、數據檢測和處理等各個領域有著廣泛的應用。從歷史發展情況來看，早期的濾波器通常是用無源的電阻、電感和電容等元件來實現的，這種濾波器通常稱為RLC濾波器。但在低頻使用場合，RLC濾波器的電感在電損耗，噪聲和體積等方面都存在問題，所以在七十年代初期，人們開始使用集成運放和電阻、電容等元件構成的RC有源濾波器，由于RC有源濾波器性能優良、制作簡便，從而得到廣泛的應用。近年來，由于功耗低、輸入阻抗高的MOS集成運放的誕生，人們開始廣泛使用MOS集成運放的RC有源濾波器。MOS管集成濾波器概述。與此同時，由于MOS工藝日益完善，一種由MOS運放、MOS電容和MOS模擬開關等組成的集成開關電容濾波器，近年來發展十分迅速，在音頻領域，這種開關電容濾波器正在逐步取代RLC無源濾波器和RC有源濾波器。本節介紹由集成運放構成的RC有源濾波器和集成開關電容濾波器的設計方法，并給出濾波器的設計公式、圖表和實用電路結構，以便進行工程設計。為使讀者掌握集成濾波器的設計方法，本章給出實用集成濾波器的設計步驟及其實例。

濾波器通?？煽醋麟p端口線性網絡，它能傳輸某一頻率范圍內的信號，而阻止某一頻率范圈內的信號。MOS管集成濾波器概述。讓信號通過的這段頻率范圍叫做通帶，阻止信號通過的頻率范圍叫做阻帶，按通帶和阻帶在頻域內的位置，濾波器分為低通、高通，帶通和帶阻等主要四種類型。

低通濾波器通過低頻信號而衰減或抑制高頻信號。理想的低通濾波器幅度響應如圖5.1-1a虛線所示，其通帶增益為1（也可以是某一常數），通帶帶寬為，阻帶被衰減到零，故其理想的頻率響應為

理想的低通幅度響應是不可能實現的，但可用下面的傳遞函數近似地表示理想特性，

式中為適當選擇的常數。上式表示一個n階全極點近似式，用此式實現的低通濾波器稱為n階全極點低通濾波器，n越大，則實際的低通濾波器的幅頻響應越接近理想的低通濾波器的幅頻響應?？梢詫崿F的近似于理想特性的幅須響應如圖5.1-1a實線所示，低通濾波器增益是傳遞函數在S=0時的值，在（5.1-1）式里，增益就是Ho，若Ho取1則增益就是1。

高通濾波器通過高頻信號而衰減低頻信號。理想的高通幅頻響應如圖5.1-1b虛線所示，其關系式為

可以實現的近似于理想特性的幅頻響應如實線所示。為獲得高通濾波器的傳遞函數，只需將低通濾波器傳遞函數中的S用1/S代換即可，因此高通濾波器的傳遞函數可由低通濾波器的傳遞函數進行變換得到。

帶通濾波器通過中心頻率為，帶寬為B的頻帶為的信號，而衰減頻帶B以外的信號。比值，叫做濾波器的品質因素，可用來衡量濾波器的選擇性。帶通濾波器的增益定義為傳遞函數在中心頻率處的幅值。MOS管集成濾波器概述。理想帶通濾波器的幅頻響應如圖5.1-1c所示，其關系式為

一個近似于理想特性的可實現的幅頻響應如實線所示，對于可以實現的近似響應，截止須率，是幅值下降到最大值的處的頻率，帶寬定義為，中心頻率通常是和的幾何平均值，即。

和高通濾波器一樣，帶通濾波器的傳遞函數也可通過變換低通濾波器的傳遞函數求得。帶阻濾波器（也叫陷波器）是通過除一個頻率外的所有其他頻率信號的一種濾波器。帶阻濾波器的幅頻響應如圖5.1-1d所示，這里虛線表示理想的幅頻響應，而實線代表近似于理想特性并可實現的幅頻響應。MOS管集成濾波器概述。被阻止的頻帶是以頻率為0。為中心，其寬度為B.和帶通濾波器一樣，定義。因而高Q表示阻帶窄，而低Q表示阻帶寬。圖5.1-1（d）中的，為阻帶濾被器的截止須率，通常為的幾何平均值，即。理想帶阻濾波器的幅頻關系式為

對于實際的帶阻濾波器，截止頻率的幅值為最大幅值的（設最大增益為1），其帶寬為。

和高通、帶通濾波器一樣，帶阻濾波器的傳遞函數可以通過變換低通濾被器的傳遞函數求得。

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