滤波器：对输入信号中某特定频率或频带成分具有选择性的网络。滤波器广泛应用于通信、自动控制、计算和测量技术等领域。随着新型元器件的使用和设计思想的更新，滤波器的发展也日新月异。迄今为止，滤波器可以分为无源LC滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、锁相环滤波器、RC有源滤波器和开关电容滤波器等。这些滤波器有各自的优点和应用范围，可使用于不同滤段和Q值范围。随着高增益运算放大器问世RC有源滤波器也跟着迅速发展起来，由于其集成运放开环电压增益和输入阻抗均很高，而输出阻抗又低，因而构成有源滤波器后还具有一定的电压放大和缓冲作用，所以应用相当广泛。

　　有源电力滤波器（APF）：是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。

　  2 通用有源滤波器UAF42

    UAF42的内部结构框图如图1所示。

    从图中可以看出，UAF42的状态可调（State-variable）结构使得它的应用十分方便。它有三个输出引脚，这些引脚的输出是把输入信号经过低通、带通和高通滤波后的信号。此外，UAF42片内还集成了一个辅助运放，该运放可作为通用的运放，也可以将UAF42的低通、高通和带通等输出信号进行信号处理。N阶滤波器传递函数的一般式为：

    式中的m应小于或等于n。需要说明的是：直接实现三阶以上传递函数的电路设计是很困难的。通常需要将高阶传递函数分解为若干个低阶（一阶、二阶、多三阶）传递函数的乘积形式，如：

    Gn(S)=[B1(s)B2(s)…Bk(s)]/[A1(s)A2(s)…Ak(s)]=G1(s)G2(B)…Gk(s)

   各基本节传递函数设计的独立性,具体过程如图2所示。

   在工作中设计人员根据对滤波器的通带、阻带或过滤带的频率范围及通带增益和衰减特性要求，设计其某种类型的n阶传递函数。

   再按各个低阶传递函数的设计要求来设计和计算有源滤波器电路基本节。这一过程包括设计和计算相应的元件参数值、根据设计和计算结构选择相应的元件参数值和运算放大器、组成各个低阶滤波器的电路，并将它们级联起来进行相应的调整和性能测试等工作。在上述设计过程中，有源滤波器设计的关键是基本节电路的设计。其基本节电路一般为一阶或二阶电路，一阶电路较为简单，二阶电路可由R、C和运放所构成的电路来实现，但是采用UAF42则更方便。因而如果设计人员自己用运放的R、C构成的二阶电路，则比较烦琐计算电路中各个元件参数可以由UAF42减轻设计人员的工作量。对UAF42来说，由BB公司提供的一个CAD软件-FILTER42简化了基于UFA42的设计。设计人员只要根据基本节电路的要求将参数输入到FILTER42中，该软件就可以计算出相应的元件值，并且可以仿真滤波器的输出效果。

    3 滤波器设计软件FILTER42

    3.1 滤波器频带响应（Desired Response）

    FILTER42软件界面上的Desired Response选项可用来确定UAF42构成的滤波器的种类。使用图中光标指向Desired Response选项，ENTER（回车键）后即可提供四个选项：低通、高通、带和带阻。设计人员可根据设计要求的不同选中不同类型的滤波器。

    3.2 滤波器的类型（Filter Type）

    滤波器类型（Filter Type）选项可使设计人员选择采用何种滤波器来实现低通、高通、带通和带阻等滤波器功能。FILTER42软件提供了四种滤波器类型，它们分别是Butterworth(巴特沃斯滤波器)、Chebyshev(切比雪夫滤波器)、Bessel（贝塞尔滤波器）和Inv Chebyshev(反切比雪夫滤波器)。

    3.3 滤波器参数设置（Parameters）

    如果前两步确定了有源滤波器设计为采用巴特沃斯的低通滤波器。则下一步便是确定低通波器的一些参数值。要设置的参数包括滤波器的阶数和-3dB时的频率。如果选定滤波阶数为2，则-3dB时的频率为1000Hz。需要说明的是：由于笔者设计的是低通滤波器，所以在FILTER42软件界面中显示的是“Lowpass Parameters”。如果设计选择高通滤波器，则滤波器参数的设置项会自动地改为“Highpass Parameters”。

    3.4 滤波器的其它参数（Filter response）

    设计人员可以进一步在界面上设定滤波器的输出特性。在该“Filter response”选项中：Freq是频率选项，可以由设计人员设置，Gain和Phase分别表示增益和相位。Tot UAFs表示实现滤波器所用的UAF的个数。电路中的电阻为±1%标准电阻。Topology包括三个选项：Inverting Noninverting和Auto。Inverting表示信号的输入是从UAF42的反向输入端输入，Noninverting表示输入信号从非反向输入端输入，设置成Auto后，程序将自动采用Inverting和Noniverting中使用外部元件较少的一种方案。

    3.5 元件值（Componert Value）

    我们可以使用F3键来查看各个元件的具体设定值。

    由于电路中的各个参数都有说明。因此，可以根据FILTER42输出的结果来确定电路中各个元件的具体参数值。

    3.6 仿真结果

    确定了电路的各个参数值后，还必须检验电路是否符合设计要求，因而FILTER42提供一个电路仿真功能，按下F2键，就可以输出在这些电路参数下滤波器的幅频特性。

　　BB公司提供的CAD软件-FILTER42简化了基于UFA42的设计。设计人员只要根据基本节电路的要求将参数输入到FILTER42中，该软件就可以计算出相应的元件值，并且可以仿真滤波器的输出效果。使得电路中各个元件参数的计算这一过程比较烦琐，由UAF42利用厂家提供的一些技术支持来减轻设计人员的工作量。