的Sallen - Key低通滤波器的设计程序
由布鲁斯·特朗普和马克· R·斯蒂特（ 602 ） 746-7445
虽然低通滤波器是重要的现代电子
它们的设计和验证可能是乏味和时间
耗时。伯尔 - 布朗FILTERPRO 程序使
它易于设计单位增益低通有源滤波器。该
程序支持最常用的全极点滤波器
TER值：巴特沃斯，切比雪夫，贝塞尔和。
巴特沃斯-最大
平级。该过滤器有
尽可能平坦的通带幅度响应。 AT-
tenuation是-3dB在设计截止频率。衰减
过上面的截止频率是适度陡峭
-20dB /十/极。巴特沃斯的脉冲响应
滤波器具有适度的过冲和振荡。
切比雪夫不等
波动的幅度。 （有时反
迟来切比雪夫或Tchevysheff ） 。该滤波器响应
具有高于截止频率的比较陡的衰减
巴特沃斯。这种优势是以牺牲处罚
振幅的变化（波动）中的通带。与
巴特沃斯和贝塞尔响应，其中有3分贝AT-
tenuation的截止频率，切比雪夫截止频
昆西被定义为频率处的响应
低于波纹带。对于偶数阶滤波器，全
纹波高于0分贝直流响应，因此截止是0dB-
参见图1a。奇数阶滤波器，所有的纹波低于
0分贝直流响应，因此截止是 - （纹波）分贝，见图
1B 。对极的一个给定的数目，一个陡峭的截止可以
可以使更多的通带纹波实现。该
切比雪夫甚至更响其脉冲响应
比北海。
FILTERPRO ，的Burr-Brown公司
贝塞尔最大
平延迟， （也叫汤姆逊） 。
由于它的线性相位响应，该过滤器具有优良的
脉冲响应（最小的过冲和振铃） 。对于
定极数，它的幅度响应是不作为
平的，也不是其超越-3dB截止频率衰减频
昆西陡峭的北海。它需要一个更高阶
贝塞尔滤波器，得到类似的幅度响应
定巴特沃斯滤波器，但是脉冲响应保真度
贝塞尔滤波器可以使增加的复杂性worth-
同时。
摘要
巴特沃斯
优点-期最大
在平坦的幅度响应
通带。
缺点过头
和振铃的阶跃响应。
切比雪夫
优势，更好地
衰减之外的通带比
巴特沃斯。
缺点纹波
在通带内。更响
在比巴特沃斯阶跃响应。
贝塞尔
优势 - 卓越的
阶跃响应。
缺点，即使
超越了密码穷衰减
乐队比北海。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
滤波器响应与频率
+10
0
+10
0
滤波器响应与频率
纹波
–10
–20
–30
–40
–50
f
C
/100
4极切比雪夫
3分贝纹波
–10
–20
–30
–40
–50
f
C
/100
5极切比雪夫
3分贝纹波
纹波
f
C
/10
f
C
10f
C
f
C
/10
f
C
10f
C
归一化频率
归一化频率
图1a 。响应VS偶数阶频率
（ 4极） ， 3分贝纹波切比雪夫滤波器
截止显示在无声无息。
图1b 。响应VS奇次频率
（ 5针） ， 3分贝纹波切比雪夫滤波器
显示截止于-3dB 。
美国印刷1991年8月
1990年的Burr-Brown公司
AB-017C
1
申请公告编号17
10
滤波器响应（分贝）
滤波器响应（分贝）
11
12
13
14
15
16
设计这个程序偶数阶滤波器组成
Sallen-Key电路复杂极对级联的部分。
奇数阶滤波器包含一个额外的实极点部件。
图2至图5示出了所建议的级联arrange-
换货。高Q阶段的低Q值阶段都放在前面
为防止运放由于增益峰值输出饱和。
该程序可以用于设计滤波器高达7阶。
使用本FILTERPRO 计划
每个数据录入，程序自动calcu-
鲈值滤波元件。这使您可以使用
一个“如果”的电子表格型的设计方法。为前
充足，您可以迅速判断，通过试错，怎么
都需要一个给定的滚降很多极。
电阻值
该程序会自动选择标准电容器val-
的UE ，并计算精确的电阻值的过滤器，你
已选择。在“ 1 ％显示”选项后，程序
计算出最接近的标准1 ％电阻值。对
选择标准1 ％电阻值，使用箭头键
将光标移动到
显示
菜单选择。然后按
<ENTER> 。由于程序选择最接近的1 ％
电阻器中的每个极对一个电阻，然后calcu-
鲈对于选择前，第二电阻的精确值
荷兰国际集团的第二电阻器最接近的1％的值，则亲
duces最准确的滤波器设计方案需要
mented用1％的电阻器。
使用“缩放电阻器”菜单选项允许您
扩展所述计算机选择的电阻值，以匹配
应用程序。为10kΩ的默认值被建议用于
大多数应用。
较高的电阻值，如100kΩ的，可以与FET-使用
输入运算放大器。在温度低于约70℃ ，直流
错误和多余的噪音，由于运算放大器的输入偏置电流
将很小。然而，由于电阻器的噪声将是
增加的电阻增加的平方根。
可选
卜FF器
真正的极区
可选
卜FF器
V
O
复杂极对科
C
2A
R
1
A
1
V
IN
C
1
A
2
R
1A
A
1
V
IN
R
2A
C
1A
A
3
V
O
图2.实极点科（单位增益，一阶
巴特沃斯）F
–3dB
= 1/(2π R
1
C
1
)
图3二阶单位增益，低通滤波器
采用Sallen-Key电路配置的COM
复杂极对。
可选
卜FF器
复杂极对A节
C
2A
R
1A
R
2A
C
1A
A
3
复杂极对N节
C
2X
R
2X
C
1X
A
N
V
O
R
1X
A
1
V
IN
图4，偶数阶，单位增益，低通有源滤波器采用级联Sallen-Key电路复杂极对。
可选
卜FF器
真正的极区
复杂极对A节
C
2A
R
2A
C
1A
A
3
复杂极对N节
C
2X
R
2X
C
1X
A
N
V
O
R
1A
R
1
A
1
V
IN
C
1
A
2
R
1X
图5.奇数阶，单位增益，低通有源滤波器使用单实极点其次是级联的Sallen -KEY
复杂极对。
2
较低的电阻值，如500Ω ，是一个更好的匹配
使用OPA620运算放大器的高频滤波器。
电容值
相较于电阻器，具有严格的公差电容
更难获得，并且可以是昂贵得多。
使用“电容菜单中的”选项允许你进入
实际测得的电容值。然后，程序将
选择精确的或最接近的标准1％电阻值和以前一样。
通过这种方式，准确的滤波器响应可以放心使用
相对便宜的部件。
如果所使用的运算放大器的共模输入电容
在过滤器部是大于约0.25 ％的C
1
,
它必须被认为是精确的滤波器响应。一个电容
器的菜单选项允许您更改亲的价值观
克选择的电容器如前所述。要compen-
沙爹为运算放大器的电容，只需将运算的值
放大器的共模输入电容的实际值
C
1
。然后程序会自动重新计算的确切
或接近1 ％的电阻值进行精确的滤波器响应。
OP放大器的选择
选择一个运算放大器，可以提供重要的是
必要DC精度，噪声，失真，和带宽。
在一个低通滤波器部分，最大增益峰值在f
n
（该部分的固有频率）是非常近似等于Q.
作为一个经验法则，对于一个单位增益的Sallen - Key部分，
运算放大器的带宽至少应为100 问答
3
f
n
。为
一个实极点部件，运算放大器的带宽至少应为
50 f
n
。例如，一个20kHz的5极点Butterworth滤波器
需要在Q = 1.62第一个8.5MHz运算放大器。
为了帮助选择运算放大器，一个节目的选择可
显示f
n
和Q的每个部分。按<ENTER>在
在菜单的显示选项。虽然Q是正式
连接盘套在这里。
电话：（ 602 ） 741-3978 ，以向下加载DOS兼容的可执行文件。下加载
过滤器1文件由组分，模拟电路功能区。文件传输支持
通过XMODEM ，克米特， ASCII和Sealink协议。通信设置是300 /
1200/2400波特，8 -N-1 。
或者，
叫约翰·康伦，应用工程师
（ 800 ） 548-6132对于DOS兼容5-1 / 4"盘。
3
只对复极点限定，可以很方便地使用一个
0.5计算在现实所需的运算放大器增益Q
极区。
运算放大器的转换速率必须大于
π
V
OP -P
滤波器的带宽
充足的全功率
反应。例如，在100kHz滤波器20Vp - 对
输出需要一个运算放大器，转换速率
6.3V / μs的。的Burr-Brown提供了一个极好的
运算放大器可用于高
有源滤波器。下表列出该指南
的选择。
中的至少
选择
性能
一些好的
运算放大器选型指南
（以越来越摆率。 ）
T
A
= 25 ° C，V
S
= ± 15V ，典型规格，除非另有说明，最小/最大规格为高档模型。
BW
典型值
（兆赫）
0.6
8
4.5
FPR
(1)
典型值
（千赫）
3
30
280
SR
典型值
(V/
s)
0.2
1.9
18
V
OS
最大
(
V)
10
25
500
V
OS
/ DT
最大
(
V/
°
C)
±0.1
±0.6
±5
±5
典型值
±2
±3
典型值
±0.8
±8
典型值
噪音
在10KHz
（NV /
√
赫兹）
8
2.7
8
运算放大器
模型
OPA177
OPA27
OPA2107
(2)
双
OPA2604
(2)
双
OPA602
(2)
OPA404
(2)
四
OPA627
(2)
OPA620
(V
S
=
±5V)
C
CM （3）
（PF ）
1
1
4
10
400
25
2000
10
10
6
6
500
500
35
35
250
1000
12
12
3
3
16
300
875
16MHz
(5Vp-p)
55
250
100
500
4.5
2.3
（在1MHz ）
7
1
注：（1）除另有说明外， FPR为20Vp -数p作为从摆率计算出的全功率响应。 （ 2 ）这些运算放大器具有FET输入。 （3）共
模式输入电容。
电容的选择
电容的选择是一个高性很重要
曼斯过滤器。电容行为可以显著改变
从理想的，引入的串联电阻和电感
这限制了Q.另外，电容VS电压的非线性
年龄导致的失真。
普通的陶瓷电容器具有高介电CON-
常数，例如“高K ”类型可能导致在过滤器的错误
电路。推荐的电容类型有： NPO陶瓷，
银云母，金属化聚碳酸酯;并且，对温度
Tures的最高达85 ℃，聚丙烯或聚苯乙烯。
THE UAF42通用有源滤波器
对于其他的滤波器设计，考虑的Burr-Brown UAF42
通用有源滤波器。它可以很容易地进行配置的
各种低通，高通或带通滤波器。它
采用了经典的状态变量架构，具有invert-
荷兰国际集团的放大器和两个积分器，以形成一个极对。该
集成包括片1000pF的，0.5％的电容器。这
解决了在有源滤波器中最困难的问题之一
实现得到严格的公差，低损耗钙
pacitors以合理的成本。
简单的设计程序的UAF42让implemen-
巴特沃斯，切比雪夫，贝塞尔，和其他类型的塔季翁
过滤器。在UAF42一个额外的FET输入运算放大器可
用于形成附加的级或特殊的过滤器的类型，如
带阻和椭圆形。该UAF42是一个标可用
准14引脚DIP封装。有关UAF42的更多信息
请Burr-Brown产品数据手册PDS -1070 。
滤波器响应示例
图6a和6b示出实际测量的大小重新
sponse地块为5阶巴特沃斯为20kHz ， 3分贝
设计与程序切比雪夫和贝塞尔滤波器。
在所有的过滤器中使用的运放是OPA627 。由于可
如图5所示，初始滚降的切比雪夫滤波器的
是最快和滚降贝塞尔滤波器是最慢的。
然而，每一个5阶滤波器最终滚降
在-N 20分贝/ decade的，其中N是滤波器的阶数（ -100dB /
十年对于一个5极点滤波器） 。
示波器照片显示的阶跃响应
每个过滤器。正如所料，切比雪夫滤波器具有最
响，而贝塞尔具有最小。
4
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