音频滤波器
如果您曾经在收音机，高保真音响或吉他上使用过音调控制，则已经使用了音频滤波器。
音频滤波器是一种电路，旨在使某些频率通过但将其他频率屏蔽掉。一个很好的例子是扬声器盒中的分频器模块，它将低频声音发送到低音扬声器，并阻止它们破坏高音扬声器。其他用途可能包括阻止转盘上的低频隆隆声或从录音带甲板上消除嘶嘶声或消除主电源嗡嗡声。
过滤器主要分为三组：
无源–这些仅使用无源组件，例如电阻器，电容器和电感器，并且适合处理高电压和功率水平。它们的降级需要跨接单元中的大型且昂贵的组件，并且需要与输入和输出进行阻抗匹配。但是，它们不会产生失真或电噪声。
数字-信号由模数转换器数字化，然后由微控制器处理，然后再通过数模转换器发送出去。它们非常昂贵且复杂，但是可以在许多应用中使用。
有源-使用有源组件可以是晶体管，但通常使用运算放大器。我们将详细研究该小组。
与无源滤波器相比，有源滤波器具有一些较大的优势。它具有更小的元件，没有插入损耗，并且不依赖于匹配的输入和输出阻抗。它还根据需求具有设计类型系列，每个系列都有其优缺点-Bessel，Butterworth，Chebyshev，Ellipitical和Sallen Key。
设计师面临许多折衷方案。例如，如果他的目标是陡峭的滚降，则可能会遇到较大的通带纹波。
Sallen Key是最容易设计，最有效地控制折衷方案的最佳通用滤波器。在本教程中，我们将使用它们进行设计。Sallen Key滤波器是两极滤波器，这意味着它们具有两个电抗（电容器）组件。
它们的主要优点是它们对运算放大器的性能不挑剔，相移受到限制，并且可以轻松实现合理尺寸的分量（不是很大的值）。它们的主要缺点是它们并不是真正要调谐的，而是用于固定频率的。
四种类型的过滤器
高于某个点的低通频率被阻止。
低于特定点的高通频率被阻止
高于和低于两点的带通频率被阻止。
两点之间的陷波频率被阻止。
低通过滤接[R
在上面的图1中，您可以看到从零到fc的频率无衰减地通过。但在fc处，信号开始滚降，并下降3dB或原始值的0.707（0.707为1 /√2）。
例如，我们可能希望在可听范围（20kHz之后）之后降低放大器的响应，以防止振荡。下面的图2所示为这种低通滤波器的电路。
让我们设计一个20kHz的低通滤波器。如果做出一些假设，设计将很简单。我们使C1 = C2和R1 = R2，并且使Q = 0.7（滚降点的最佳平整度）。
其中A是增益，因此A必须为1.6。的收益是
。为R4 = 47K选择一个值，则R3为27k（使用足够接近的标准值）。
截止频率fc在
这里。为了获得一个合理的值，让我们进行实验并将R1尝试为10k。
其中
，对于20kHz，C可达795pF –一个非常奇怪的值。让我们输入一个接近的标准C值，看看680pF会得到什么。
这给了我们23kHz，这已经足够接近了。这不是理想的选择，但是如果您使用双帮锅代替R1和R2，则可以将截止点稍微移动一点。
高通滤波器
在上面的图3中，您可以看到fc以上的频率通过时没有衰减。但在fc或以下，信号开始衰减，并下降ct 3dB或原始值的0.707（0.707为1 /√2），并随着频率下降而继续衰减。
再举一个例子，我们可能希望在可听范围（低于20Hz）之前降低放大器的响应，以防止转盘隆隆声。您将听不到此声音，但是您会看到扬声器进进出出！下面的图4所示为这种高通滤波器的电路。
让我们设计一个20Hz高通滤波器。如果做出一些假设，设计将很简单。我们使C1 = C2和R1 = R2，并且Q = 0.7（滚降点的最佳平坦度）
其中A是增益，因此A必须为1.6。收益是
。因此，为R4 = 47K选择一个值，则R3为27k（使用足够接近的标准值）
截止频率fc为
。在这里，您需要进行一些实验以获取合理的值，因此让我们尝试将C1设为1uF并找到R，在
20Hz的情况下，R的计算结果为7.9k，这是一个非常奇怪的值。让我们输入一个接近的标准R值，看看8k2会得到什么。
这给了我们19.4Hz，这已经足够接近了。这不是理想的选择，但是如果您使用双帮锅代替R1和R2，则可以将截止点稍微移动一点。
带通滤波器
在上面的图5中，您看到f1和f2之间的频率通过时没有衰减。在这些点上，信号开始衰减，并下降3dB或原始值的0.707（0.707为1 /√2），并随着频率的上升或下降而继续下降。
例如，我们可能想收紧送入发射机的麦克风的音频范围，以节省调制并将其限制在300Hz至3kHz的语音频带中。没有理由为什么不能级联设置为300Hz的高通滤波器，然后跟随其设置为3kHz的低通滤波器。
有时您可能希望通过一个窄带甚至一个频率，例如，一个信号发生器提供1kHz的测试信号，而没有其他信号。下图6所示为1kHz的窄带滤波器。
这是经典的Twin T滤波器，在反馈路径（从引脚6到引脚2）中，有一个低频滤波器（R2 R3和C1）和一个高频滤波器（C2 C3和R5）。两者共同作用只能通过一个狭窄的频带，从而使增益在中心频率处达到最大值。
中心频率fo是
，所以fo是
。
为了正常工作，低频滤波器的上限应是高频滤波器的上限的两倍，而高频滤波器的上限应是低频滤波器的上限的一半。
您可以通过将两个电阻并联用作R5（将值减半）到两个电容并联用于C1（将值加倍）来轻松实现此目的。增益由R1 / R4设置，即10。在一个很小的范围内进行可调，则R2和R3可能是双电位器的两个组。
陷波滤波器
在图7中，您看到低于f1和高于f2的频率通过时没有衰减。信号开始在这些点之间滚降，并降低3dB或原始值的0.707（0.707为1 /√2），并随着频率的升高或降低而继续降低。例如，我们可能希望摆脱放大器中的市电负载的60Hz的嗡嗡声。
下图8所示为60Hz陷波滤波器的电路。
这也是经典的双T型滤波器，并且先前电路中的输入和反馈路径已被交换。有一个低频滤波器（R2，R3和C1）和一个高频滤波器（C2，C3和R5）。两者共同作用，仅排除了一个细长的隔膜，从而使中心频率处的增益最小。
中心频率fo
如此
低频滤波器的上限应是高频滤波器上限的两倍。高频1中的[R应该是低频1中的[R的一半。您可以通过将两个电阻并联用于R5（将值减半）并将两个电容平行用于C1（将值加倍）来轻松实现此目的。
如果您希望在一个很小的范围内进行可调，则R2和R3可能是双电位器的两个组。
这样有结束了我们有关有源音频滤波器的文章。它们有很多用途，这里有一个非常不错的在线计算器，可以节省您一些计算工作。