[科普中国]-模拟滤波器

能对模拟或连续时间信号进行滤波的电路和器件。按工作频率可分为集总常数和分布常数两类;按滤波器中是否有有源器件，也可分为无源和有源两类。与模拟滤波器相对应的是数字滤波器1。

术语简介模拟滤波器(Analog filter)分为无源滤波器(Passive filter)和有源滤波器(Active filter)，其中无源滤波器由R、L、C组成，有源滤波器由集成运放和R、C组成，不需要使用电感。

集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

滤波器是一种能使有用信号顺利通过而同时对无用频率信号进行抑制（或衰减）的电子装置。工程上常用它来做信号处理、数据传送和抑制干扰等。

以往主要采用无源元件R、L和C组成模拟滤波器，六十年代以来，集成运放获得了迅速地发展，由它和R、C组成的源滤波器，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。

此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，而输出阻抗又很低，而且，由其构成的有源滤波器还具且一定的电压放大和缓冲作用。因此，基于放大器和R、C构成的有源滤波器应用日益广泛。

有源滤波器主要特点有源滤波自身就是谐波源。

其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95%以上，补偿无功细致。

缺点为价格高，容量小。由于当今国际上大容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。其运行可靠性也不及无源。

原理上讲，有源滤波器可以达到很高的Q值，但是过高的Q值对于有源滤波器来说是不够稳定的。有源滤波器的特性曲线不够好，有可能是你使用的运放带宽不够。

工作原理用电流互感器采集直流线路上的电流，经A/D采样，将所得的电流信号进行谐波分离算法的处理，得到谐波参考信号，作为PWM的调制信号，与三角波相比，从而得到开关信号，用此开关信号去控制IGBT单相桥，根据PWM技术的原理，将上下桥臂的开关信号反接，就可得到与线上谐波信号大小相等、方向相反的谐波电流，将线上的谐波电流抵消掉。

这是前馈控制部分。再将有源滤波器接入点后的线上电流的谐波分量反馈回来，作为调节器的输入，调整前馈控制的误差。

无源滤波器一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。缺点为谐波滤除率一般只有80%，对基波的无功补偿也是一定的。

现今在容量大且要求补偿细致的地方一般使用有源加无源混合型，即无源进行大容量的滤波补偿，有源进行微调。

从原理上，无论有源无源，实现出来的特性应该是一致的，主要还是一个制作问题。

无源RC滤波器当然不能等同于有源RC滤波器，有源RC和无源LC可以实现出Bottworth函数，而用无源RC实现这个函数是很不理想的，它的最低衰耗值极高（此点鲜为人知）。所以一般不用无源RC函数作滤波器逼近函数。

不仅如此，而且经过计算，无源低通二阶滤波器的品质因数非常的低，最高能达到0.5，但是这个还不是所有的频率都能够达到的。

模拟滤波器的设计在模拟滤波器设计中,最为关键的是设计低通滤波器（ LP）。只要设计好了低通，则其它类型滤波器的传输函数便可通过频率变换由低通滤波器的传输函数求得，所以低通滤波器也称原型低通滤波器。2

模拟滤波器设计步骤分3步：

① 由给定的待设计滤波器技术要求，将其转换为原型低通滤波器的技术要求。

② 设计原型低通滤波器， 根据得到的原型低通的技术要求，求出参数，进而利用查表法拉氏变换函数。

③ 频率变换，得到待设计滤波器的转移函数。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学