有源濾波和無(wú)源濾波

1、無(wú)源濾波器：這種電路主要有無(wú)源元件R、L和C組成。 有源濾波器：集成運(yùn)放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運(yùn)放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。 有源濾波自身就是諧波源。其依靠電力電子裝置，在檢測(cè)到系統(tǒng)諧波的同時(shí)產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等，相位相反的諧波向量，這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波，使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外，同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率。其優(yōu)點(diǎn)是反映動(dòng)作迅速，濾除諧波可達(dá)到95以上，補(bǔ)償無(wú)功細(xì)致。缺點(diǎn)為價(jià)格高，容量小。由于目前國(guó)際上大容量硅

2、閥技術(shù)還不成熟，所以當(dāng)前常見(jiàn)的有源濾波容量不超過(guò)600kvar。其運(yùn)行可靠性也不及無(wú)源。 一般無(wú)源濾波指通過(guò)電感和電容的匹配對(duì)某次諧波并聯(lián)低阻（調(diào)諧濾波）狀態(tài),給某次諧波電流構(gòu)成一個(gè)低阻態(tài)通路。這樣諧波電流就不會(huì)流入系統(tǒng)。無(wú)源濾波的優(yōu)點(diǎn)為成本低，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)相對(duì)成熟，容量大。缺點(diǎn)為諧波濾除率一般只有80，對(duì)基波的無(wú)功補(bǔ)償也是一定的。 目前在容量大且要求補(bǔ)償細(xì)致的地方一般使用有源加無(wú)源混合型，即無(wú)源進(jìn)行大容量的濾波補(bǔ)償，有源進(jìn)行微調(diào)。 原理上講，有源濾波器可以達(dá)到很高的Q值，但是過(guò)高的Q值對(duì)于有源濾波器來(lái)說(shuō)是不夠穩(wěn)定的。有源濾波器的特性曲線不夠好，有可能是你使用的運(yùn)放帶寬不夠。從原理上，無(wú)論有

3、源無(wú)源，實(shí)現(xiàn)出來(lái)的特性應(yīng)該是一致的。主要還是一個(gè)制作問(wèn)題。 你的說(shuō)法有基本概念問(wèn)題。不能說(shuō)你的二階低通濾波器的相應(yīng)沒(méi)有巴特沃思的相應(yīng)好！因?yàn)槟愕臑V波器就是根據(jù)巴特沃思原形設(shè)計(jì)的！你的樓下那位大蝦說(shuō)的很對(duì)。無(wú)論是無(wú)源還是有源濾波器，都是基于同樣的原形，從濾波特性本身來(lái)講都是一樣的。兩者的差別不在這里。你還是應(yīng)該在電路上尋找原因。 無(wú)源RC濾波器當(dāng)然不能等同于有源RC濾波器，有源RC和無(wú)源LC可以實(shí)現(xiàn)出Bottworth函數(shù)，而用無(wú)源RC實(shí)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)是很不理想的，它的最低衰耗值極高（此點(diǎn)鮮為人知）。所以一般不用無(wú)源RC函數(shù)作濾波器逼近函數(shù)。 不僅如此，而且經(jīng)過(guò)計(jì)算，無(wú)源低通二階濾波器的品質(zhì)因數(shù)非常

4、的低，最高能達(dá)到0.5，但是這個(gè)還不是所有的頻率都能夠達(dá)到的。 濾波器是一種能使有用信號(hào)順利通過(guò)而同時(shí)對(duì)無(wú)用頻率信號(hào)進(jìn)行抑制（或衰減）的電子裝置。工程上常用它來(lái)做信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等。以往主要采用無(wú)源元件R、L和C組成模擬濾波器，六十年代以來(lái)，集成運(yùn)放獲得了迅速地發(fā)展，由它和R、C組成的源濾波器，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，而輸出阻抗又很低，而且，由其構(gòu)成的有源濾波器還具且一定的電壓放大和緩沖作用。因此，基于放大器和R、C構(gòu)成的有源濾波器應(yīng)用日益廣泛。隨著微電子學(xué)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以把一些電阻和電容與運(yùn)放集成在一塊芯片上構(gòu)成通

5、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(jì)濾波器所需的電阻和電容，在應(yīng)用中只需極少數(shù)外部器件就可以很方便地構(gòu)成一個(gè)源濾波器。BB（Burr-Brown）公司的UAF42就是這一類通用有源濾波器的代表。它可廣泛應(yīng)用于高通、低通和帶通濾波器設(shè)計(jì)中。它采用典型的狀態(tài)可調(diào)（state-variable）模擬結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成了一個(gè)反向放大器和兩個(gè)積分器。該積器包括1000F（±5%）的電容。因此較好的解決了有源波器設(shè)計(jì)中獲得低損耗（low-loss）電容的問(wèn)題。 有源濾波器工作原理是：用電流互感器采集直流線路上的電流，經(jīng)A/D采樣，將

6、所得的電流信號(hào)進(jìn)行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號(hào)，作為PWM的調(diào)制信號(hào)，與三角波相比，從而得到開(kāi)關(guān)信號(hào)，用此開(kāi)關(guān)信號(hào)去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開(kāi)關(guān)信號(hào)反接，就可得到與線上諧波信號(hào)大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點(diǎn)后的線上電流的諧波分量反饋回來(lái)，作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)整前饋控制的誤差。無(wú)源濾波器：這種電路主要有無(wú)源元件R、L和C組成。有源濾波器：集成運(yùn)放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但

7、集成運(yùn)放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。無(wú)源濾波裝置該裝置由電容器、電抗器，有時(shí)還包括電阻器等無(wú)源元件組成，以對(duì)某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波的作用；由于SVC的調(diào)節(jié)范圍要由感性區(qū)擴(kuò)大到容性區(qū)，所以濾波器與動(dòng)態(tài)控制的電抗器一起并聯(lián)，這樣既滿足無(wú)功補(bǔ)償、改善功率因數(shù)，又能消除高次諧波的影響。國(guó)際上廣泛使用的濾波器種類有：各階次單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、二階寬頗帶與三階寬頻帶高通濾波器等。1）單調(diào)諧濾波器：一階單調(diào)諧濾波器的優(yōu)點(diǎn)是濾波效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是電能損耗比較大，但隨著品質(zhì)因數(shù)的提高而減少，同時(shí)又隨諧波次數(shù)的減少而增加，而電爐正好是低次

8、諧波，主要是27次，因此，基波損耗較大。二階單調(diào)諧濾波器當(dāng)品質(zhì)因數(shù)在50以下時(shí)，基波損耗可減少2050，屬節(jié)能型，濾波效果等效。三階單調(diào)諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復(fù)雜些，投資也高些，用于電弧爐系統(tǒng)中，2次濾波器選用三階濾波器為好，其它次選用二階單調(diào)諧濾波器。2）高通（寬頻帶）濾波器，一般用于某次及以上次的諧波抑制。當(dāng)在電弧爐等非線性負(fù)荷系統(tǒng)中采用時(shí)，對(duì)5次以上起濾波作用時(shí)，通過(guò)參數(shù)調(diào)整，可形成該濾波器回路對(duì)5次及以上次諧波的低阻抗通路。有源濾波器雖然無(wú)源濾波器具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)階段廣泛用于配電網(wǎng)中，但由于濾波器特性受系統(tǒng)參數(shù)影響大，只能消除特定的幾次諧波

9、，而對(duì)某些次諧波會(huì)產(chǎn)生放大作用，甚至諧振現(xiàn)象等因素，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器（Active PowerFliter，縮寫為APF）。APF即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。它與無(wú)源濾波器相比，有以下特點(diǎn)：    a不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變，補(bǔ)償無(wú)功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)，在性價(jià)比上較為合理；    b濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；    c具有

10、自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波，即具有高度可控性和快速響應(yīng)性等特點(diǎn)無(wú)源 有源 濾波電路 無(wú)源濾波電路：若濾波電路僅由無(wú)源元件（電阻、電容、電感）組成。有源濾波電路：若濾波電路不僅由無(wú)源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集成運(yùn)放）組成。有源電路說(shuō)白點(diǎn)就是元件必須有工作電源支持。無(wú)源電路中的器件不需要工作電源支持。 這里可理解源就是電源。無(wú)源電路中的信號(hào)如果沒(méi)有外部信號(hào)補(bǔ)充最后將衰減為零，有源元件定義為可以給外部電路提供大于零的平均功率的元件，而且該平均功率可以持續(xù)無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間；反之，則是無(wú)源元件。 這時(shí)候可理解源就是有源元件提供的信號(hào)源。加個(gè)結(jié)論：無(wú)源濾波電路的通帶放大倍數(shù)及其截止

11、頻率都隨負(fù)載變化而變化，這一缺點(diǎn)常常不符合信號(hào)處理的要求，因此產(chǎn)生有源濾波電路。有源濾波電路：為了使負(fù)載不影響濾波特性，可在無(wú)源濾波電路和負(fù)載之間加一個(gè)高輸入電阻低輸出電阻的隔離電路，最簡(jiǎn)單的辦法是加一個(gè)電壓跟隨器，如圖，所示這樣就構(gòu)成了一個(gè)有源濾波電路。在理想運(yùn)放的條件下，由于電壓跟隨器的輸入電阻為無(wú)窮大，輸出電阻為0，因而UP僅決定于RC的取值。輸出電壓U0=UP，所以電壓放大倍數(shù)與無(wú)源放大倍數(shù)是一樣的，在集成功放功耗允許的情況下，負(fù)載變化，放大倍數(shù)的表達(dá)式不變，所以頻率特性不變。    有源濾波電路一般是由RC網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)放組成，因而必須在合適的直流電源供電

12、的情況下才能起到濾波作用，與此同時(shí)還可以進(jìn)行放大。組成電路時(shí)應(yīng)選用帶寬合適的集成運(yùn)放。有源濾波電路不適用于高電壓大電流的負(fù)載，只適用于信號(hào)處理。通常，直流電源中整流后的濾波電路均采用無(wú)源電路，且在大電流負(fù)載時(shí)，應(yīng)采用LC電感電容電路。最佳答案有源濾波器可以設(shè)計(jì)出比無(wú)源濾波器更理想的慮波曲線。當(dāng)然，頻率太高運(yùn)放就不行了。無(wú)源濾波器：這種電路主要有無(wú)源元件R、L和C組成有源濾波器：集成運(yùn)放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運(yùn)放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得

13、很高。  18回答者使用放大器的濾波電路又稱為有源濾波電路。其實(shí)有源無(wú)源就是看它用到的元器件的性質(zhì)。用到有源器件（如：三極管，集成放大器等）就構(gòu)成有源濾波器，若只用到無(wú)源器件（電阻，電容，電感等）就是無(wú)源濾波器。有源濾波自身就是諧波源。其依靠電力電子裝置，在檢測(cè)到系統(tǒng)諧波的同時(shí)產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等，相位相反的諧波向量，這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波，使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外，同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率。其優(yōu)點(diǎn)是反映動(dòng)作迅速，濾除諧波可達(dá)到95以上，補(bǔ)償無(wú)功細(xì)致。缺點(diǎn)為價(jià)格高，容量小。由于目前國(guó)際上大容量硅閥技術(shù)還不成熟，所以當(dāng)前常見(jiàn)的有源濾波容量不超過(guò)600kvar。其運(yùn)行

14、可靠性也不及無(wú)源。一般無(wú)源濾波指通過(guò)電感和電容的匹配對(duì)某次諧波并聯(lián)低阻（調(diào)諧濾波）狀態(tài),給某次諧波電流構(gòu)成一個(gè)低阻態(tài)通路。這樣諧波電流就不會(huì)流入系統(tǒng)。無(wú)源濾波的優(yōu)點(diǎn)為成本低，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)相對(duì)成熟，容量大。缺點(diǎn)為諧波濾除率一般只有80，對(duì)基波的無(wú)功補(bǔ)償也是一定的。目前在容量大且要求補(bǔ)償細(xì)致的地方一般使用有源加無(wú)源混合型，即無(wú)源進(jìn)行大容量的濾波補(bǔ)償，有源進(jìn)行微調(diào)是指系統(tǒng)的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)，只有幅度的大小與出現(xiàn)的時(shí)間先后不同，波形上沒(méi)有變化稱為無(wú)失真?zhèn)鬏敗?#160; 由此我們可以得出，要使任意波形的信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)后不產(chǎn)生波形失真，系統(tǒng)必須滿足的兩個(gè)條件是：   

15、  1. 系統(tǒng)的幅頻特性在整個(gè)頻率范圍內(nèi)為常數(shù)，即系統(tǒng)有無(wú)限帶寬的通頻帶。    2. 系統(tǒng)的相頻特性是經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線。      這兩個(gè)條件的物理意義是不難理解的。因?yàn)樵诿奎c(diǎn)上都是的倍，所以的每個(gè)頻率分量都應(yīng)當(dāng)是的相應(yīng)分量的倍，從而有，即對(duì)所有的頻率都是常數(shù)。另外，因?yàn)檩^滯后一段時(shí)間，所以的每個(gè)頻率分量都要比的相應(yīng)分量滯后時(shí)間，在角頻率上，對(duì)應(yīng)的是各個(gè)點(diǎn)的相位滯后了，即。 二、群延時(shí)和相位延時(shí)     描述系統(tǒng)相移特性的另一種方法是群延時(shí)（或稱群時(shí)延）特

16、性來(lái)表示。群延時(shí)定義為相移特性的微分。群延時(shí)表示了一個(gè)載頻信號(hào)的包絡(luò)的延遲，包絡(luò)是包含著一定的帶寬的，所以群延時(shí)表示了一定帶寬的一組頻率成分的延遲。在沒(méi)有產(chǎn)生相位失真的條件下，系統(tǒng)的群時(shí)延特性為常數(shù)。 相位延時(shí)定義為，它是系統(tǒng)對(duì)給定角頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)所產(chǎn)生的延遲。相位延時(shí)出現(xiàn)在載波因子中，它表明的是單一頻率的載波的延遲。 滿足不失真條件的系統(tǒng)只有兩種：一種是即時(shí)系統(tǒng)，也就是只有純電阻組成的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)對(duì)信號(hào)只有衰減作用，系統(tǒng)在某時(shí)刻的響應(yīng)僅僅取決于該時(shí)刻的激勵(lì)。另一種是匹配的高頻傳輸線，此時(shí)線上只有行波的作用。實(shí)際上，具有儲(chǔ)能元件的系統(tǒng)在傳輸信號(hào)的過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生失真，它是由兩個(gè)因素造成的：幅度

17、失真和相位失真。      三、幅度失真和相位失真     由于不能滿足條件而產(chǎn)生的失真叫做幅度失真。在這種情況下，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)各個(gè)頻率分量的幅度有不同程度的衰減或放大，使得響應(yīng)信號(hào)各頻率分量的相對(duì)幅度產(chǎn)生變化，從而引起幅度失真。     由于不能滿足條件而引起的失真叫做相位失真。在這種情況下，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)各個(gè)頻率分量產(chǎn)生的相移不與頻率成正比，結(jié)果各個(gè)頻率分量的相對(duì)相位產(chǎn)生變化，造成相位失真。     無(wú)論是幅度失真還是相位失真，信號(hào)并沒(méi)有

18、產(chǎn)生新的頻率分量，所以它們屬于線性失真。它不同于非線性系統(tǒng)由于非線性特性而對(duì)所傳輸信號(hào)引起的非線性失真，非線性失真可能產(chǎn)生新的頻率分量。我們討論的是線性系統(tǒng)的幅度失真和相位失真，一般情況下，這兩種失真是同時(shí)存在而且無(wú)法區(qū)分的。但是在某些情況下，一種失真所占的比重很小，可以忽略不計(jì)，從而另一種失真就突出地表現(xiàn)出來(lái)。     實(shí)際上，前面所述的不失真條件沒(méi)有必要在無(wú)限寬的頻帶范圍內(nèi)都滿足，而只需要在信號(hào)有效占有的頻帶內(nèi)得到近似滿足。并且，如果滿足這兩個(gè)條件的頻帶太寬，即系統(tǒng)的通頻帶太寬，則不需要的信號(hào)也會(huì)通過(guò)系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)的噪聲也隨著頻帶的加寬而增大，這也就

19、是在實(shí)際應(yīng)用中，信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)后不可避免地要產(chǎn)生一些失真的原因。     我們所關(guān)心的是信號(hào)的失真程度在怎樣一個(gè)范圍內(nèi)是可以允許的。這是一個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題，不可能有一個(gè)普遍的解答，而要根據(jù)信號(hào)、具體系統(tǒng)以及給定的技術(shù)要求來(lái)分析。比如，如果我們的目的只是要產(chǎn)生一個(gè)寬度與輸入脈沖的寬度大小接近的輸出脈沖，而保真度并不重要，則系統(tǒng)的通頻帶只要大約等于輸入脈沖的占有頻帶就夠了。在搜索雷達(dá)系統(tǒng)中就是這樣，它只要求有一個(gè)可以辨認(rèn)出來(lái)的脈沖，而波形是次要的。但是如果要求波形保真，則系統(tǒng)的通頻帶要數(shù)倍于信號(hào)的占有頻帶，實(shí)際上取決于所規(guī)定的脈沖上升時(shí)間。例如，在跟蹤雷達(dá)系統(tǒng)中，各個(gè)脈沖到達(dá)的時(shí)刻必須準(zhǔn)確地知道，因此，雷達(dá)接受機(jī)的輸出脈沖必須上升得很陡，以便準(zhǔn)確地判定脈沖前沿的位置。在某些導(dǎo)航系統(tǒng)和脈沖調(diào)制系統(tǒng)中