有源滤波器(卷名：电子学与计算机)
active filter
含有有源器件的各种滤波网络。与利用电感器、电容器实现滤波功能的无源滤波器相比，有源滤波器可以省去体积庞大的电感元件，便于小型化和集成化，适于实现较低频率的滤波。有源滤波器所使用的基本元件主要是电阻器、电容器、晶体管和运算放大器。有些有源滤波器还使用特殊的有源器件，如电荷耦合器件 (CCD)、电流传送器等。
有源和无源元件结合可构成多种用途的电路。在有源滤波器中常用的电路有放大器、射极跟随器、倒相器、加法器和积分器等，最常用的是阻抗变换器。图1为负阻抗变换器 (NIC)，它的输入阻抗Zi＝-Z3/Z2Z4。 图2为广义阻抗变换器(GIC)，它的输入阻抗Zi＝Z1Z3Z6/Z2Z4。
1954年J.G.林维尔提出用负阻抗变换器构成RC滤波器。这是原始的有源滤波器。以后进行了不断的改进。①采用级联方式。一般滤波器特性，可用两个复频率s多项式的商的传递函数表示。传递函数可分解为若干二阶函数的乘积。每个二阶函数用有源电路实现，然后级联起来，即可实现总的传递函数。如果总传递函数是奇阶的，则可有一个一阶节或三阶节。
二阶节传递函数形成为
分子中不同缺项情形可决定滤波性质。如低通，只有常数项，高通只有s2项，带通只有s项，带阻只有s2+w婎项等。级联形式的二阶节，用RC元件和反馈放大器组成的电路实现。反馈可有正、负、混合等形式。图3a所示为单放大器萨伦－凯正反馈低通电路，传输特性如图3b。
上述二阶节的电路只用一个放大器，电路比较简单，但极点Q值不能太高，通带-阻带的衰减变化不陡峭。采用多个放大器的电路可以提高Q值。图4是弗莱歇－陶三放大器二阶节电路。图中，运算放大器1是积分器，运算放大器2是倒相器，运算放大器 3是加法泄漏积分器。适当的选择各电阻、电容值，可构成各种功能的滤波器。
这种二阶节电路虽然比较复杂，但调节简便，Q值也较高，滤波性能受环境变化的影响(灵敏度)也较小。为降低灵敏度还可采用多径反馈，即在各二阶节之间以一定形式加反馈。
常见的一种多径反馈电路是“跳耦电路”。这种电路每隔一级反馈，如图5。
② 用有源电路模拟无源元件。级联结构的有源滤波电路的灵敏度比各种有源梯型模拟电路为高，而无源双端终接电阻的梯型网络的灵敏度最低。用有源电路来摸拟无源元件，可以得到接近无源网络的低灵敏度。模拟的基本方法有模拟电感和频变负阻等。
模拟电感可利用图2的阻抗变换器。如果Z4是电容，Z1、Z2、Z3、Z6都是电阻，则Zi就成电抗。另一模拟电感的方法是使Zi中的电阻成分降到最低。一般，模拟接地电感比较容易，模拟浮地电感需采用较多的元件。不过，近来已出现一些既省元件、又能提供良好性能的浮地电感模拟方法。
频变负阻也可用阻抗变换器来实现。把 LCR网络中各元件值乘以k/s（k为常数），使其传递函数保持不变。这种变换称为布鲁吞变换。它将无源网络中的R、L、C的阻抗分别变为容抗、电阻和频变负阻。经过变换的无源网络是一个有源网络，但保持原来的无源网络的低灵敏度特性。
在图2的阻抗变换器中，如果选Z2、Z4为电阻，在Z1、Z3中则选两个为电容，另一个为电阻，从输入端看去，即成为频变负阻。和模拟电感类似，构成接地的频变负阻比较容易，浮地的比较复杂。
如果滤波器无源LC原型中有浮地电感而无浮地电容（如许多低通滤波器），用频变负阻变换较好，以免模拟浮地元件。
按给定技术要求得出的近似传递函数，虽可用各种不同有源网络实现，但早期出现的一些滤波电路，不能得到陡峭的衰减特性，即Q值不高，灵敏度也不很低。高Q低灵敏度是新型滤波电路的研制方向。有源元件本身特性和集成技术使有源滤波器受到一定限制，如频率限度、动态范围、信噪比、压摆率等。此外，调节难易，经济价值等也是决定优劣的重要因素。有源滤波器的改进，一方面有赖于有源元件及集成技术的进展，一方面要求电路结构和设计的创新。
现代集成技术尚不能集成大值电容，集成高值电阻也有困难，开关电容能解决这一困难，为有源滤波器全集成化开辟了道路（见开关电容滤波器）。
参考书目
L.T.Bruton，RC-Active Circuits， Theory andDesign，Prentice Hall，Englewood Cliffs，New Jersey， 1980.
M.S.Ghausi，K.R.Laker，Modern Filter Design，Prentice Hall，Englewood Cliffs，New Jersey，1981.