濾波器的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過,而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑製,它實質上是一個選頻電路。
濾波器中,把信號能夠通過的頻率範圍,稱為通頻帶或通帶;反之,信號受到很大衰減或完全被抑製的頻率範圍稱為阻帶;通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率;理想濾波器在通帶內的電壓增益為常數,在阻帶內的電壓增益為零;實際濾波器的通帶和阻帶之間存在一定頻率範圍的過渡帶。
濾波器
對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電路 ,就是濾波器 。
其功能就是得到一個特定頻率 或消除一個特定頻率,
利用這個特性可以將通過濾波器的一個方波群或複合噪波,而得到一個特定頻率的正弦波,
濾波器 巴特沃斯響應(最平坦響應)
巴特沃斯響應能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應非常平坦,接近DC信號 ,然後慢慢衰減至截止頻率點為-3dB,最終逼近-20ndB/decade的衰減率,其中n為濾波器的階數。巴特沃斯濾波器特別適用於低頻應用,其對於維護增益的平坦性來說非常重要。
貝塞爾響應
除了會改變依賴於頻率的輸入信號 的de幅fu度du外wai,濾lv波bo器qi還hai會hui為wei其qi引yin入ru了le一yi個ge延yan遲chi。延yan遲chi使shi得de基ji於yu頻pin率lv的de相xiang移yi產chan生sheng非fei正zheng弦xian信xin號hao失shi真zhen。就jiu像xiang巴ba特te沃wo斯si響xiang應ying利li用yong通tong帶dai最zui大da化hua了le幅fu度du的de平ping坦tan度du一yi樣yang,貝bei塞sai爾er響xiang應ying最zui小xiao化hua了le通tong帶dai的de相xiang位wei非fei線xian性xing。
切貝雪夫響應
在zai一yi些xie應ying用yong當dang中zhong,最zui為wei重zhong要yao的de因yin素su是shi濾lv波bo器qi截jie斷duan不bu必bi要yao信xin號hao的de速su度du。如ru果guo你ni可ke以yi接jie受shou通tong帶dai具ju有you一yi些xie紋wen波bo,就jiu可ke以yi得de到dao比bi巴ba特te沃wo斯si濾lv波bo器qi更geng快kuai速su的de衰shuai減jian。附fu錄luA包含了設計多達8階的具巴特沃斯、貝塞爾和切貝雪夫響應濾波器所需參數的表格。其中兩個表格用於切貝雪夫響應∶一個用於0.1dB最大通帶紋波;另一個用於1dB最大通帶紋波。
1、按所處理的信號
按所處理的信號分為模擬濾波器 和數字濾波器 兩種。
2、按所通過信號的頻段
按所通過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。
低通濾波器 :它允許信號中的低頻或直流分量通過,抑製高頻分量或幹擾和噪聲。
高通濾波器 :它允許信號中的高頻分量通過,抑製低頻或直流分量。
帶通濾波器 :它允許一定頻段的信號通過,抑製低於或高於該頻段的信號、幹擾和噪聲。
帶阻濾波器 :它抑製一定頻段內的信號,允許該頻段以外的信號通過。
3、按所采用的元器件
按所采用的元器件分為無源和有源濾波器 兩種。
3.1、無源濾波器
無源濾波器 僅由無源元件(R、L 和C)組成的濾波器,它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變化的原理構成的。這類濾波器的優點是:電路比較簡單,不需要直流電源供電,可靠性高;缺點是:通帶內的信號有能量損耗,負載效應比較明顯,使用電感元件時容易引起電磁感應,當電感L較大時濾波器的體積和重量都比較大,在低頻域不適用。
3.2、有源濾波器
有源濾波器由無源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運算放大器)組成。這類濾波器的優點是:tongdaineidexinhaobujinmeiyounengliangsunhao,erqiehaikeyifangda,fuzaixiaoyingbumingxian,duojixianglianshixianghuyingxianghenxiao,liyongjiliandejiandanfangfahenrongyigouchenggaojielvboqi,bingqielvboqidetijixiao、重量輕、不需要磁屏蔽(由於不使用電感元件);缺點是:通帶範圍受有源器件(如集成運算放大器)的帶寬限製,需要直流電源供電,可靠性不如無源濾波器高,在高壓、高頻、大功率的場合不適用。
4、根據濾波器的安放位置
根據濾波器的安放位置不同,一般分為板上濾波器 和麵板濾波器 。
4.1、板上濾波器安裝在線路板上。這種濾波器的優點是經濟,缺點是高頻濾波效果欠佳。其主要原因是:
4.1.1、濾波器的輸入與輸出之間沒有隔離,容易發生耦合;
4.1.2、濾波器的接地阻抗不是很低,削弱了高頻旁路效果;
4.1.3、濾波器與機箱之間的一段連線會產生兩種不良作用: 一個是機箱內部空間的電磁幹擾會直接感應到這段線上,沿著電纜傳出機箱,借助電纜輻射,使濾波器失效;另一個是外界幹擾在被板上濾波器濾波之前,借助這段線產生輻射,或直接與線路板上的電路發生耦合,造成敏感度問題;
4.2、麵板濾波器
濾波陣列板、lvbolianjieqidengmianbanlvboqiyibandouzhijieanzhuangzaipingbijixiangdejinshumianbanshang。youyuzhijieanzhuangzaijinshumianbanshang,lvboqideshuruyushuchuzhijianwanquangeli,jiedilianghao,dianlanshangdeganraozaijixiangduankoushangbeilvchu,yincilvboxiaoguoxiangdanglixiang。quedianshibixuzaishejichuqikaolvanzhuangsuoxudepeihejiegou。
濾波器
濾波器特性可以用其頻率響應來描述,按其特性的不同,可以分為低通濾波器,高通濾波器,帶通濾波器和帶阻濾波器等。
用來說明濾波器性能的技術指標主要有:
中心頻率f0,即工作頻帶的中心
帶寬BW
通帶衰減,即通帶內的最大衰減
阻帶衰減
對於實際濾波器而言,考慮到實際的組成元件的品質因數的取值是一有限值(因為受限於材料與工藝的水平),所以所有工程上的實用濾波器都是有損濾波器,因此對於這些濾波器還應考慮通帶內的最小插入衰減。
xiandailvboqisheji,duoshicaiyonglvboqibianhuandefangfajiayishixian。zhuyaoshitongguoduiditongyuanxinglvboqijinxingpinlvbianhuanyuzukangbianhuan,laidedaoxindemubiaolvboqi。
濾波器
集總低通原型濾波器是現代網絡綜合法設計濾波器的基礎,各種低通、高通、帶通、帶阻濾波器大都是根據此特性推導出來的。正因如此,才使得濾波器的設計得以簡化,精度得以提高。
lixiangdeditonglvboqiyinggainengshisuoyoudiyujiezhipinlvdexinhaowusuntongguo,ersuoyougaoyujiezhipinlvdexinhaodouyinggaibeiwuxiandeshuaijian,congerzaifupintexingquxianshangchengxianjuxing,gueryechengweijuxinglvboqi(brick-wallfilter)。遺(yi)憾(han)的(de)是(shi),如(ru)此(ci)理(li)想(xiang)的(de)特(te)性(xing)是(shi)無(wu)法(fa)實(shi)現(xian)的(de),所(suo)有(you)的(de)設(she)計(ji)隻(zhi)不(bu)過(guo)是(shi)力(li)圖(tu)逼(bi)近(jin)矩(ju)形(xing)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)特(te)性(xing)而(er)已(yi)。根(gen)據(ju)所(suo)選(xuan)的(de)逼(bi)近(jin)函(han)數(shu)的(de)不(bu)同(tong),可(ke)以(yi)得(de)到(dao)不(bu)同(tong)的(de)響(xiang)應(ying)。雖(sui)然(ran)逼(bi)近(jin)函(han)數(shu)函(han)數(shu)多(duo)種(zhong)多(duo)樣(yang),但(dan)是(shi)考(kao)慮(lv)到(dao)實(shi)際(ji)電(dian)路(lu)的(de)使(shi)用(yong)需(xu)求(qiu),我(wo)們(men)通(tong)常(chang)會(hui)選(xuan)用(yong)“巴特沃斯響應 ”或“切比雪夫響應 ”。
“巴特沃斯響應”帶通濾波器具有平坦的響應特性,而“切比雪夫響應”帶通濾波器卻具有更陡的衰減特性。所以具體選用何種特性,需要根據電路或係統的具體要求而定。但是,“切比雪夫響應”濾波器對於元件的變化最不敏感,而且兼具良好的選擇性與很好的駐波特性(位於通帶的中部),所以在一般的應用中,推薦使用“切比雪夫響應”濾波器。
濾波器
與yu模mo擬ni濾lv波bo器qi相xiang對dui應ying,在zai離li散san係xi統tong中zhong廣guang泛fan應ying用yong數shu字zi濾lv波bo器qi。它ta的de作zuo用yong是shi利li用yong離li散san時shi間jian係xi統tong的de特te性xing對dui輸shu入ru信xin號hao波bo形xing或huo頻pin率lv進jin行xing加jia工gong處chu理li。或huo者zhe說shuo,把ba輸shu入ru信xin號hao變bian成cheng一yi定ding的de輸shu出chu信xin號hao,從cong而er達da到dao改gai變bian信xin號hao頻pin譜pu的de目mu的de。數shu字zi濾lv波bo器qi一yi般ban可ke以yi用yong兩liang種zhong方fang法fa來lai實shi現xian:一種方法是用數字硬件裝配成一台專門的設備,這種設備稱為數字信號處理機;另一種方法就是直接利用通用計算機,將所需要的運算編成程序讓通用計算機來完成,即利用計算機軟件來實現。
濾波器
模擬濾波器在測試係統或專用儀器儀表 中是一種常用的變換裝置。例如:帶通濾波器用作頻譜分析儀中的選頻裝置;低通濾波器用作數字信號分析係統中的抗頻混濾波;高通濾波器被用於聲發射檢測儀中剔除低頻幹擾噪聲;帶阻濾波器用作電渦流測振儀中的陷波器,等等。 用於頻譜分析裝置中的帶通濾波器,可根據中心頻率與帶寬之問的數值關係,分為兩種:
一種是帶寬B不隨中心頻率人而變化,稱為恒帶寬帶通濾波器,其中心頻率處在任何頻段上時,帶寬都相同; 另一種是帶寬B與中心頻率人的比值是不變的,稱為恒帶寬比帶通濾波器,其中心頻率越高,帶寬也越寬。
板上濾波器雖然對高頻的濾波效果不理想,但是如果應用得當,可以滿足大部分民用產品電磁兼容的要求。在使用時要注意以下事項:
1、“幹淨地”
如果決定使用板上濾波器,在布線時就要注意在電纜端口處留出一塊“幹淨地”,濾波器和連接器都安裝在“幹淨地”上(shang)。通(tong)過(guo)前(qian)麵(mian)的(de)討(tao)論(lun),可(ke)知(zhi)信(xin)號(hao)地(di)線(xian)上(shang)的(de)幹(gan)擾(rao)是(shi)十(shi)分(fen)嚴(yan)重(zhong)的(de)。如(ru)果(guo)直(zhi)接(jie)將(jiang)電(dian)纜(lan)的(de)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)連(lian)接(jie)到(dao)這(zhe)種(zhong)地(di)線(xian)上(shang),會(hui)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)共(gong)模(mo)輻(fu)射(she)問(wen)題(ti)。為(wei)了(le)取(qu)得(de)較(jiao)好(hao)的(de)濾(lv)波(bo)效(xiao)果(guo),必(bi)須(xu)準(zhun)備(bei)一(yi)塊(kuai)幹(gan)淨(jing)地(di)。並(bing)與(yu)信(xin)號(hao)地(di)隻(zhi)能(neng)在(zai)一(yi)點(dian)連(lian)接(jie)起(qi)來(lai),這(zhe)個(ge)流(liu)通(tong)點(dian)稱(cheng)為(wei)“橋”,所有信號線都從橋上通過,以減小信號環路麵積。
2、濾波器要並排設置
同一組電纜內的所有導線的未濾波部分在―起,已濾波部分在一起。否則,一根導線的耒濾波部分會將另一根導線的已濾波部分重新汙染9使電纜整體濾波失效。
3、濾波器要盡量靠近電纜的端口
波器與麵板之間的導線的距離應盡量短。必要時,使用金屬板遮擋一下,隔離近場幹擾。
4、濾波器與機箱的搭接
安(an)裝(zhuang)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)幹(gan)諍(zheng)地(di)要(yao)與(yu)金(jin)屬(shu)機(ji)箱(xiang)可(ke)靠(kao)地(di)搭(da)接(jie)起(qi)來(lai),如(ru)果(guo)機(ji)箱(xiang)不(bu)是(shi)金(jin)屬(shu)的(de),就(jiu)在(zai)線(xian)路(lu)板(ban)下(xia)方(fang)設(she)置(zhi)一(yi)塊(kuai)較(jiao)大(da)的(de)金(jin)屬(shu)板(ban)來(lai)作(zuo)為(wei)濾(lv)波(bo)地(di)。幹(gan)淨(jing)地(di)與(yu)金(jin)屬(shu)機(ji)箱(xiang)之(zhi)間(jian)的(de)搭(da)接(jie)要(yao)保(bao)證(zheng)很(hen)低(di)的(de)射(she)頻(pin)阻(zu)抗(kang)。如(ru)有(you)必(bi)要(yao),可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)電(dian)磁(ci)密(mi)封(feng)襯(chen)墊(dian)搭(da)接(jie),增(zeng)加(jia)搭(da)接(jie)麵(mian)積(ji),減(jian)小(xiao)射(she)頻(pin)阻(zu)抗(kang)。
5、濾波器接地線要短
考慮到引腳的電感效應,其重要性前麵已討淪,濾波器的局部布線和設計線路板與機箱(金屬板)的連接結構時要特別注意。
6、濾波線與未濾波線分組
在端口濾波的電纜和不濾波的電纜應盡量遠離,防止發生上述的耦合問題。
能選擇、通過或抑製某頻率範圍信號的電路或器件。早在19世紀80年代,電阻、電容濾波電路就已經出現。具有頻率選擇功能的電感、電容諧振回路(圖1)可作為最簡單的濾波器。德國K.W.華格納和美國貝爾實驗室的G.A.坎貝爾,分別於1915年提出關於濾波器的論文,已被世界公認為濾波器的獨立發明者。1923年以後,貝爾實驗室的O.J.查貝爾提出定K型、m誘導型影像參數濾波器設計方法。1939年德國W.考爾和美國S.達靈頓分別提出工作參數濾波器設計理論。由於許多電路和係統都要區分不同頻率的信號,濾波器遂被廣泛地用在通信、廣播、雷達以及許多儀器和設備中。
濾波器
濾lv波bo器qi的de應ying用yong頻pin率lv範fan圍wei極ji寬kuan,有you適shi用yong於yu低di到dao零ling點dian幾ji赫he的de濾lv波bo器qi,也ye有you高gao到dao微wei波bo波bo段duan的de濾lv波bo器qi。根gen據ju濾lv波bo頻pin率lv的de中zhong心xin頻pin率lv和he其qi他ta要yao求qiu的de不bu同tong,濾lv波bo器qi中zhong采cai用yong各ge種zhong諧xie振zhen元yuan件jian,電dian感gan、電容是最常用的諧振元件。對於工作於1千赫~100兆赫、相對帶寬較窄且溫度和時間穩定性要求高的濾波器,常用壓電晶體作為諧振元件(見晶體濾波器 )。還有用金屬棍、盤作為諧振元件的機械濾波器,和把晶體與機械濾波器原理合並而成聲表麵波濾波器(圖2)。
濾波器
濾波器工作在內阻抗為Z s 的電壓源與負載Z L 之間(圖3),U 1 、I 1 及U 2 、I 2 分別表示輸入端和輸出端的複數電壓和電流。濾波器的傳輸函數用下式表示:
濾波器
式中T (jω )的實數部分稱為衰減,虛數部分稱為相位。輸出功率|U 2 I 2 |等於輸入功率|U 1 I 1 |,衰shuai減jian為wei零ling,表biao示shi該gai頻pin率lv範fan圍wei內nei的de輸shu入ru信xin號hao能neng全quan部bu通tong過guo。衰shuai減jian很hen小xiao的de頻pin帶dai稱cheng為wei通tong帶dai。衰shuai減jian大da的de頻pin帶dai稱cheng為wei阻zu帶dai。通tong帶dai和he阻zu帶dai交jiao界jie處chu的de頻pin率lv稱cheng為wei截jie止zhi頻pin率lv。低di通tong濾lv波bo器qi的de通tong帶dai由you頻pin率lv為wei零ling起qi一yi直zhi到dao截jie止zhi頻pin率lv為wei止zhi,其qi阻zu帶dai在zai截jie止zhi頻pin率lv高gao的de一yi側ce。高gao通tong濾lv波bo器qi的de起qi始shi頻pin率lv決jue定ding於yu設she計ji要yao求qiu,其qi通tong帶dai在zai截jie止zhi頻pin率lv高gao的de一yi側ce。帶dai通tong濾lv波bo器qi是shi以yi兩liang個ge有you限xian截jie止zhi頻pin率lv之zhi間jian的de頻pin段duan為wei通tong帶dai。帶dai阻zu濾lv波bo器qi的de通tong帶dai和he阻zu帶dai正zheng好hao與yu帶dai通tong濾lv波bo器qi的de相xiang反fan。還hai有you一yi種zhong梳shu齒chi濾lv波bo器qi,它ta有you許xu多duo按an一yi定ding頻pin率lv間jian隔ge相xiang間jian排pai列lie的de通tong帶dai和he阻zu帶dai。 影像參數濾波器設計理論 影像參數的含義基於內阻抗Z s 等於11′端的輸入阻抗Z ,負載阻抗Z L 等於22′端的輸出阻抗Z (圖3),即猶如各側兩邊的影像。在低通濾波器的基本節內(圖4)若阻抗Z 1 ・Z 2 =K 2 (K 為常數),稱為定K型濾波器。定K型低通濾波器在頻率為無限大時,會出現無限大衰減。為使有限頻率處出現無限大衰減,可在Z 1 或1/Z 2 式中乘一常數m (0<m <1),使其成為m 誘導形濾波器。m 通常取0.5~0.6,以便使影像阻抗在通帶內近似於一個常數,允(yun)許(xu)用(yong)純(chun)電(dian)阻(zu)來(lai)代(dai)替(ti)電(dian)源(yuan)阻(zu)抗(kang)和(he)負(fu)載(zai)。若(ruo)幹(gan)個(ge)基(ji)本(ben)節(jie)按(an)影(ying)像(xiang)阻(zu)抗(kang)原(yuan)則(ze)連(lian)接(jie),可(ke)構(gou)成(cheng)滿(man)足(zu)一(yi)定(ding)衰(shuai)減(jian)要(yao)求(qiu)的(de)複(fu)合(he)式(shi)濾(lv)波(bo)器(qi)。變(bian)換(huan)元(yuan)件(jian)可(ke)把(ba)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)變(bian)為(wei)高(gao)通(tong)、帶通或帶阻濾波器(圖5)。
濾波器
濾波器
濾波器
工作參數濾波器設計理論 假定圖3中Z s 和Z L 都等於純電阻的濾波電路,shejizhongyichenggongyingyongbijinlilunzhongshizuidapianchajixiaodezhunze,yijibaojiaobianhuanhetuoyuanhanshudeyixiejieguo。suiranjisuanbijiaofuza,danshejijieguojiejinshijiyingyongqingkuang。zicongdianludejisuanjifuzhufenxiyushejidedaoshiyongyilai,濾波電路設計者常把所得結果列成表,濾波器的元件值可直接查表得出,甚為方便。 電路理論的發展、新型元件的采用以及計算方法的改進,促進了濾波器自身的發展。微電子學的發展和計算機輔助設計 的普及,將使濾波器更趨向小型化、集成化和數字化。 參考書目 W.Cauer,Theorie der Linearen Wechselstromscha-ltungen , Bd.Ⅰ und Ⅱ, Akademie Verlag, Berlin,1954,1960.