状态变量滤波器的优点缺点.docx

状态变量主动滤波器又称为万用( universal)主动滤波器，J072/1441被广泛地用于带通滤波器的应用电路。如图15. 20所示，它由一个加法放大器和两个运算放大器积分器（当作单极点低通滤波器使用），以串接的方式形成二阶滤波器。虽然主要是当作带通( BP)滤波器使用，但状态变量电路同时也提供低通滤波器(LP)和高通(HP)滤波器的输出。中心颇率可以由两个积分器内RC的电路加以设定。当状态变量滤波器当作带通滤波器使用时，通常会使两个积分器的临界频率值相等，因此也设定了带通滤波器的中心频率。

    当输入频率小于fo时，输入信号会通过加法放大器和积分器，并且以180。相位差反馈回输入端。因此，当频率低于fc，反馈信号和输入信号会互相抵消。当积分器的低通频率响应开始下降时，反馈信号会跟着减少，因此让输入信号通过而到达带通滤波器输出端。而当频率高于fc，低通频率响应消失，因此不让输入信号通过积分器。结果使得带通滤波器输出在频率fc处呈现明显峰值，如图15. 21所示。利用这一类型的滤波器，稳定的Q值可以达到100。根据下面的公式，Q值是由反馈电阻R5和R6所设定：
                             Q=1/3×(R5/R6+1)

    状态变量滤波器并不能同时成为最佳的低通、高通和带通滤波器，这是因为：要成为最佳低通或高通巴特沃思频率响应，DF必须等于1.414。因为Q=1/DF，所以Q=0.707。这么低的Q值使带通频率响应的效果很差（BW大，且选择性差）。而要使带通滤波器有最佳效果，必须有高的Q值。随着IC技术的进步，现在一些厂家提供具有同时低通，高通，带通输出响应的普遍过滤器。 Notch 和全通功能也通用运算相结合，这些输出响应放大器。由于它的多功能性，这种过滤器是所谓的普遍的过滤器 。它提供了用户容易控制的增益和品质因数。它也被称为状态变量的过滤器 。

　　到目前为止，我们所讨论的过滤器是相对简单的单运放电路或几个单运放电路级联 。状态变量的过滤器，但是，使用三个或四个运算放大器和两个反馈通路 。虽然有点复杂，状态变量的配置提供了与其他简单的过滤器没有的几个特点。首先，所有三个过滤器类型(低通，带通和高通)可同时进行。可以作出一些非常有趣的反应，通过正确地总结这些输出的。高Q带通滤波器可建。可以电子调谐阻尼和/或临界频率。

　　三运算放大器，单位增益状态变量滤波器的原理是描绘图 。运算放大器A 2和A 3是集成运算放大器与低通输出和带通输出部分输入一个1总结。该电路实际上是一个小型模拟计算机设计，解决每一个过滤器类型的微分方程(传递函数) 。
　　对于正确的操作RJ = R 2 = R 3 = R，R 4 = R 5 = R;和C X = C 2 = C。
　　三滤的临界频率都是平等的，是为
　　阻尼是由R 6和R7 设置。这就决定了低通和高通的反应类型(贝塞尔，巴特沃斯，切比雪夫 )
　　α= 3 [R / R 6 + R 7 ]

　　它还设置了Q和带通滤波器的增益

　　Q = 1 /α和A 频段。通 = Q
　　状态变量的过滤器生产标准的二阶低通带通，高通响应 。每个关键频率是平等的，是由带通输出反馈和阻尼。所有三个输出阻尼正是相同的效果(在相同的数值)为单运放滤波器 。对于低通和高通，阻尼系数的1.414提供一个Butterworth响应。1.732阻尼提供贝塞尔响应，α= 0.766时，3分贝峰(切比雪夫) 。高通- 3分贝频率同样是转向高通校正系数K HP = 1 / K LP
　　对于带通部分，改变阻尼系数成反比改变Q值和增益(临界频率)。
　　但关键的频率是RF和C，它不是由阻尼系数的变化而改变。这意味着只在阻尼的变化并直接影响体重 。因此，带通滤波器的调整是非常方便的。电阻R调整中心频率。电阻R A和R B 调整的体重只。
　　在这一点上，它是至关重要的，使我们认识到从所有三个输出不能同时获得，最佳的性能。举例来说，如果我们想在低通和高通输出的通带的最大平整度，我们必须选择一个与α= 1.414巴特沃斯响应。但阻尼系数的1.414给出了一个Q 和0.707 每一个 F 。带通滤波器将是非常有选择性，甚至中心频率会衰减30%。
　　另一方面，如果Q被选定为20，以达到合理的选择性和中心频率的增益，低通和高通输出将阻尼系数为0.05。这将导致一个通带峰值超过25分贝。我们可以优化输出带通或低通和高通输出。