在选择滤波器时，理解有源滤波器和无源滤波器的优缺点非常重要。重要的是要意识到有源滤波器并不必然比无源滤波器“更好”。相反，很多设计者更倾向于使用无源滤波器，尽量避免使用有源滤波器。无源滤波器在很多情况下仍然具有一些显著的优势，这些优势使其在简洁性和稳定性上占据了主导地位。以下是无源滤波器的一些显著优点：

无源滤波器的优势：

1. 简洁性与可靠性：无源滤波器不需要运算放大器，因此避免了因运算放大器引起的一些非理想特性，如失调电压、带宽限制、噪声等问题。电路设计更为简洁，通常也更为可靠。

2. PCB 布局与组装简便：由于不需要运算放大器，整个电路的布线和布板通常更加简单、清晰。这也意味着调试和故障排除会更加方便，因为电路结构和信号路径更加直观。

3. 减少设计错误的可能性：无源滤波器的设计相对简单，错误的可能性也较低。例如，RLC 低通滤波器和 Sallen-Key 电路的等效设计，都在无源器件上进行，这使得设计和调试的难度大大降低。

有源滤波器的优点：

尽管无源滤波器在很多情况下非常优秀，但有源滤波器也有其独特的优势，尤其在某些特殊应用中，它们的性能更为出色。

1. 改善的阻抗特性：有源滤波器的一个显著优点是提供改进的输入和输出阻抗特性。运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此当输入信号源阻抗较高，或输出负载阻抗较低时，有源滤波器能更好地适应这些条件。

2. 增益功能：有源滤波器能够不仅进行滤波，还能提供所需的增益。如果设计要求在滤波的同时对信号进行放大，那么使用有源滤波器将是唯一可行的选择。这在实际应用中是非常常见的，特别是在需要调节信号强度的场合。

3. 二阶滤波器拓扑设计：对于二阶滤波器，有源滤波器提供了一些特别的设计方式。例如，运算放大器可以与一阶滤波器级联，从而构成更高阶的滤波器。而这些级联设计的特性允许更精确的控制滤波器的频率响应，确保信号在通过通带和阻带之间的过渡更加平滑。

电感器的问题：

本文的重点将放在二阶有源滤波器的设计上，这些滤波器通常具有两个极点，可以实现更陡峭的滚降特性。然而，当设计无源滤波器时，尤其是二阶 RLC 低通滤波器时，电感器的使用就成为了一个问题。

电感器的挑战：

1. 体积问题：电感器通常体积较大，且随着制造技术的发展，电子元件趋向于小型化。这使得电感器在集成电路中应用受到限制，因为电感器的体积较大，不适合小型设备的需求。

2. 集成电路的不兼容性：电感器与集成电路（IC）制造技术并不兼容。IC 内的电感器不能提供足够大的电感值，限制了低频滤波器的设计。同时，集成电路环境下的寄生阻抗使得电感器的性能大大下降。

3. 电磁干扰（EMI）：电感器比电阻器和电容器更容易产生电磁干扰，并且容易受到外界电磁场的干扰。因此，在高精度电子设备中使用电感器可能会导致不必要的干扰和性能降低。

因此，为了克服这些挑战，很多设计师转向寻求不使用电感器的二阶滤波器设计。

电感模拟技术：

一种有效的解决方案是使用模拟电感器，即通过运算放大器、电阻器和电容器的组合来模拟电感器的功能。这种方法不仅可以消除电感器带来的体积和干扰问题，还能实现二阶滤波器的响应。安东尼奥教授发明了这样的一种电感模拟电路，可以使用行为类似电感的元件来代替传统的电感器。

安东尼奥的电感模拟电路：

通过适当的电阻、电容和运算放大器的配置，可以模拟电感器的行为，避免传统电感器的不足之处。虽然这种方法非常有效，但它的设计相对复杂，通常适用于需要精确控制响应的高级应用。

Sallen-Key 低通滤波器：

Sallen-Key 滤波器是一种非常流行的二阶有源滤波器设计。它只需要一个运算放大器和几个无源器件（电阻和电容）。在单位增益的应用中，Sallen-Key 滤波器具有以下特点：

• 简洁性和实用性：由于其简洁的结构和良好的性能，Sallen-Key 滤波器在很多实际应用中都得到了广泛使用。尤其是对于没有增益要求的滤波任务，Sallen-Key 是非常理想的选择。

• 增益和频率响应：对于Sallen-Key设计，增益与频率响应的关系较为简单，适合进行高效的低通或高通滤波。设计时不需要额外考虑增益调整，因为大部分应用都使用单位增益配置。

多反馈（MFB）低通滤波器：

MFB 低通电路则提供了另一种实现二阶滤波器的方法。与 Sallen-Key 电路相比，MFB 电路的增益可调，且对于更高增益的滤波器来说，MFB 更加理想。

MFB 电路的特点：

1. 反相增益：MFB 是一种反相拓扑，这意味着输出信号将与输入信号反向。虽然这种反向配置并不适用于所有场合，但在特定的设计需求下，它能够提供更好的频率响应。

2. 增益精度：在 MFB 电路中，增益由元件值决定，尤其是电阻的选择对于增益的精度至关重要。当增益要求较高时，MFB 电路通常比 Sallen-Key 电路更加适合，因为它对元件容差的敏感度较低。

结论：

在滤波器设计中，选择有源或无源滤波器需要根据实际的应用需求进行权衡。无源滤波器因其简洁性和可靠性，仍然在很多场合中占据主导地位，而有源滤波器在需要增益、改善阻抗特性或复杂滤波响应时，则提供了独特的优势。在设计中，通过选择适当的拓扑结构和元件，可以实现理想的滤波效果，并优化电路的性能。