主動與被動濾波器

主動濾波器

主動濾波器在濾波器的電阻與電容之外,再加上一顆運放。這一個主動元件改變了一切:它能緩衝濾波器,讓負載不再干擾它;能提供增益,讓訊號變大送出;運用得巧,還能把響應銳化到遠超純 RC 元件所能達到的程度,而且完全不用一顆電感。

關鍵想法是運放把各級隔離開來。它近乎無限大的輸入阻抗代表它不會載住餵給它的 RC 網路,近乎零的輸出阻抗代表它驅動下一級而不下垂,於是困擾被動濾波器的負載問題消失了。更妙的是,把一部分輸出回授進 RC 網路,運放就能合成出被動設計要靠電感才有的高 Q 諧振行為。像 Sallen-Key 或多重回授這樣的二階電路,只用一顆運放、兩顆電阻、兩顆電容就辦到,而你把這樣的電路串接起來,就能做出任何你想要的階數。

主動濾波器從直流一路稱霸到音訊頻段、再到數百 kHz 的低端:抗混疊與重建濾波器、音訊音色與分音網路、儀表訊號調理。誠實的提醒是:主動濾波器需要電源,並且繼承運放的限制,它無法處理超過運放頻寬或轉動率的訊號,會加入運放的雜訊與失調,而在射頻被動 LC 仍勝出。但在它的適用範圍內,主動濾波器是日常的主力。

最簡單的主動濾波器,是一個 RC 低通後面接一個電壓隨耦器(單位增益緩衝器)。RC 設定截止頻率;運放緩衝器對 RC 呈現近乎無限大的輸入(因此不載住它),對外界呈現近乎零的輸出,於是你在下游接什麼,都不再把截止頻率拉來拉去。

加一個緩衝器讓濾波器的響應不受負載影響,這正是改用主動式的核心優勢。

主動濾波器的好壞取決於它的運放:它無法濾出超過運放頻寬或轉動率的訊號,會加入雜訊與失調,還需要電源。在射頻,被動 LC 仍是王道。

又稱
op-amp filteractive RC filter主動式濾波器