什么是全通滤波器？
我们可以想象“全停”滤波器是开路，因此“全通”滤波器可能是短路或一小段粗电线。但事情并不那么简单。信号具有两个属性，“幅度（伏特或安培）和相位”，它们指示信号波形上与某些规定的“零时间”有关的某些识别点的时序。相位仅对正弦信号有意义，但由于任何信号都可以表示为一组正弦信号，因此这不是一个大问题。
那么，全通滤波器的输出电压（或电流）等于输入电压（或电流），但输出相位发生改变或“移位”。用运算放大器制作全通滤波器非常容易，如图 1 所示。
单级全通滤波器的示例电路图。
图 1.单级全通滤波器的示例电路图。
请注意，未显示运算放大器的直流电源。相等的电阻R2和R3使所有频率下的输出电压等于输入电压的负一倍；然而，运算放大器 + 输入端的高通 C1 R1 网络会改变输出相位。请记住，可以改变电容器和电阻器以形成低通网络，但这意味着高频时需要高开环增益，这是不好的。
要了解其工作原理，请回想一下运算放大器具有高内部增益，因此输出是由两个输入电压的微小差异产生的。由于+输入信号的相位改变，因此输出信号相位改变。
该电路的相位响应有两个非常幸运的特性。虽然从输入到输出的增益通过相等的电阻器 R 设置为 1，但在高频时通过滤波器分支的增益为 2。这是滤波器正常工作的基本要求，导致输出相位变化是 CR 滤波器的两倍，CR 滤波器在很宽的频率范围内变化范围为 0° 到 90°，因此输出从 0° 到 180° 变化（见图 2）。
图 2. + 输入和运算放大器输出处的相移。虚线是相位曲线，如以度为单位的 y 刻度所示。
另一个幸运的特性是，在一定的频率范围内（8:1 或更大，取决于可接受的偏差程度），+ 输入的相位以及输出的相位几乎与频率的对数成反比变化（参见图 3）。这对于构建正交网络很有价值。
图 3.相位与对数标度频率之间的线性关系
上图中，黑线是测量相位，红线是直线近似，表现出紧密拟合。
可以用有源带通滤波器替换无源高通滤波器，但这会使电路变得相当复杂，并且对于本文来说这一步太过分了。
构建二阶正交网络
深入研究后，我们可以使用成对的全通滤波器来构建正交网络，该网络从输入信号产生两个信号，一个具有 45° 相移，另一个具有 135° 相移，从而给出 90° 相位他们之间的区别。一个信号相对于另一个信号在频率范围内横向移动。图 4 显示了简单的“二阶”版本。、
图 4.二阶正交网络
需要计算的两个元件值是 R9 和 R11。参考文献[3]中给出了一种方法；然而，由于深植于高等数学中的原因，这并不是的解决方案，因为相位角的偏差仅低于 90°。请记住，对于许多应用，相位差不需要（如通常假设的那样）为 90°；即使 10° 的误差也只会产生很小的影响。通过将输出连接到 XY 示波器并观察显示的圆的形状随频率变化的程度，可以轻松验证这一点。所示的解决方案来自我使用的设计应用程序QuadNet，它是 Jim Tonne 的产品。
在图表中，黑线是输出 A 相对于输入的相位，红线是输出 B 的相位，黄线是输出 A 和输出 B 之间的相位差。
图 5 显示了该网络的测量响应，该网络没有使用特殊的紧公差组件构建。
图 5. 二阶正交网络的测量响应
您可以看到频率响应有多平坦；然而，在约 500 Hz 至 2 kHz 的范围内，相移在 90° 的 ±10° 范围内。为了获得更宽的带宽，我们需要更高阶的网络。
构建四阶正交网络
图 6 显示了我在 1997 年为特定目的设计的四阶网络 -为听力环路系统 制作相控阵磁性天线。
图 6. 100 Hz 至 5 kHz 的四阶网络
图中，黑线是输出 A 相对于输入的相位，红线是输出 B 的相位，黄线是输出 A 和输出 B 之间的相位差。
简而言之，其工作原理是将音频信号电流（主要是语音）馈入空间中地板水平的大线圈中，从而产生磁场。助听器中的磁性天线（“遥感线圈”）会接收到该信号，从而使佩戴者能够清晰地听到声音。为了覆盖大面积，并防止磁场从所需位置传播得太远，需要使用环路阵列并以相位正交的方式馈送信号，因此需要进行设计。
当然，在 1997 年，我还没有 QuadNet，所以我初的设计有点不是的，但已经足够接近，可以在现实生活中广泛使用。
图 7 显示了实际测量网络的结果。现在，在大约 90 Hz 至 6 kHz 的范围内，相移在 90° 的 ±10° 范围内，这比二阶网络有所改进。
图 7. 测量 的四阶网络响应
在结束这个项目时，我们演示了使用简单的全通滤波器来构建正交网络，该网络在指定范围内的所有频率上生成具有（几乎）固定相位差的两个输出信号。它们可用于许多应用，包括创建音乐效果和无线通信调制系统。
