;;; 摘要：UAF42是美國B-B公司生產(chǎn)的通用有源濾波器，通過它可方便地設(shè)計了低通、高通、帶通和帶阻等濾波器。另外，B-B公司還為UAF42專門提供了一個CAD軟件FILTER42來對UAF42進行濾波器設(shè)計。文中介紹了UAF42的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理，并重點給出了利用FILTER42軟件設(shè)計各種濾波器參數(shù)的方法。 ;;; 關(guān)鍵詞：通用有源濾波器 軟件設(shè)計 UAF42 FILTER42 1 概述 對輸入信號中某特定頻率或頻帶成分具有選擇性的網(wǎng)絡(luò)稱之為濾波器。濾波器可廣泛應(yīng)用于通信、自動控制、計算和測量技術(shù)等領(lǐng)域。有關(guān)濾波器的理論和設(shè)計日趨完善。隨著新型元器件的使用和設(shè)計思想的更新，濾波器的發(fā)展也日新別異。迄今為止，按元器件分類，濾波器可以分為無源LC濾波器、陶瓷濾波器、晶體濾波器、機械濾波器、鎖相環(huán)濾波器、RC有源濾波器和開關(guān)電容濾波器等。這些濾波器有各自的優(yōu)點和應(yīng)用范圍，可使用于不同濾段和Q值范圍。由電阻、電容和有源器件——運算放大器構(gòu)成的濾波器稱之為RC有源濾波器。這是隨著高增益運算放大器問世而迅速發(fā)展起來的一種濾波器，由于其集成運放開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，而輸出阻抗又低，因而構(gòu)成有源濾波器后還具有一定的電壓放大和緩沖作用，所以應(yīng)用相當廣泛。測量儀器中的濾波器幾乎全部采用RC有源濾波器。隨著微電子學(xué)的發(fā)展，又出現(xiàn)了把一些電阻和電容與運放集成在一塊芯片上的通用有源濾波器（Universal Active Filter,UAF）。這種芯片集成度高，片內(nèi)集成了設(shè)計濾波器所需的電阻和電容，在應(yīng)用中只要極少數(shù)外部器件就可以很方便地構(gòu)成一個有源濾波器。BB（Burr-Brown）公司的UAF42就是這一類通用有濾波器的代表。它可廣泛應(yīng)用于高通、低通和帶通濾波器設(shè)計中。UAF42采用典型的狀態(tài)可調(diào)（state-variable）模擬結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成了一個反向放大器和兩分器。該積分器包括1000μF(為5%)的電容，因此較好的解決有源濾波器設(shè)計中的低損耗（low-loss）電容問題。 2 通用有源濾波器UAF42 UAF42的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 從圖中可以看出，UAF42的狀態(tài)可調(diào)（State-variable）結(jié)構(gòu)使得它的應(yīng)用十分方便。它有三個輸出引腳，這些引腳的輸出是把輸入信號經(jīng)過低通、帶通和高通濾波后的信號。此外，UAF42片內(nèi)還集成了一個輔助運放，該運放可作為通用的運放，也可以將UAF42的低通、高通和帶通等輸出信號進行信號處理。N階濾波器傳遞函數(shù)的一般式為：

;;; 式中的m應(yīng)小于或等于n。需要說明的是：直接實現(xiàn)三階以上傳遞函數(shù)的電路設(shè)計是很困難的。通常需要將高階傳遞函數(shù)分解為若干個低階（一階、二階、最多三階）傳遞函數(shù)的乘積形式，如： Gn(S)=[B1(s)B2(s)…Bk(s)]/[A1(s)A2(s)…Ak(s)]=G1(s)G2(B)…Gk(s) 將K個可實現(xiàn)的低階傳遞函數(shù)電路基本節(jié)（或稱之為基本積木塊）級聯(lián)起來就構(gòu)成了N階濾波器。由于采用的是運放構(gòu)成的低階基本電路，因而其輸出阻抗很低，可以不考慮級聯(lián)時的負載效應(yīng)，這樣就保證了各基本節(jié)傳遞函數(shù)設(shè)計的獨立性。具體過程如圖2所示。 在實際工程中，設(shè)計人員可根據(jù)對濾波器的通帶、阻帶或過濾帶的頻率范圍及通帶增益和衰減特性要求，設(shè)計其某種類型的n階傳遞函數(shù)。然后將n階傳遞函數(shù)分爭為若干個低階級聯(lián)形式，即將其劃分成若干個一階、二階傳遞函數(shù)基本節(jié)。最后再按各個低階傳遞函數(shù)的設(shè)計要求來設(shè)計和計算有源濾波器電路基本節(jié)。這一