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什么是滤波器?滤波器的作用和分类

751 2022-04-18 来源: IC先生 作者: IC先生

滤波器是一种电路,可以设计为修改、重塑或拒绝电信号的所有不需要的频率,并且只通过需要的信号。简单来说,滤波器就是对信号具有处理作用的器件或电路。

另外,电滤波器通常也可以说成是一个频率选择网络,它通过指定频带并阻止该频带以外频率的信号。

滤波器的作用

滤波器的主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过,而对无用信号尽可能大的反射过滤。

滤波器一般有两个端口,即输入信号和输出信号,利用这个特性可以选择通过滤波器的一个方波群或复合噪波,而得到一个特定频率的正弦波。

滤波器的主要功能就是允许某一部分频率信号正常通过,而其它频率的信号则受到抑制,其本质是一个选频电路。

在滤波器中,把信号能够通过的频率范围,称为通频带或通带,反之,信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带。通带和阻带之间的分界频率称为截止频率。

滤波器的分类

根据构造中使用的元件类型,过滤器分为两种类型:

根据工作频率范围,滤波器可分为音频(AF)滤波器或射频(RF)滤波器。

此外,过滤器还可以分类为:

  • 低通滤波器:低通滤波器只允许从0 Hz到其截止频率ƒc点的低频信号通过,同时阻止任何更高频率的信号;
  • 高通滤波器:高通滤波器只允许从其截止频率、 ƒc点和更高到无穷大的高频信号通过,同时阻止那些更低的信号;
  • 带通滤波器:带通滤波器允许落在两点之间设置的特定频带内的信号通过,同时阻止该频带两侧的较低和较高频率。
  • 带阻滤波器:带阻滤波器阻止落在两点之间设置的特定频带内的信号,同时允许该频带任一侧的较低和较高频率。

下面简单说说上述四种滤波器的频率响应。当然,这些都是理想情况下的响应,在实际应用中是无法实现的。

(a) 理想型低通滤波器

提供从直流到截止频率fc的恒定输出然后不通过高于该频率的信号的滤波器称为理想低通滤波器,具体如下图所示:

理想低通滤波器

电压增益,即输出电压与输入电压的比值,在从零到截止频率 fc 的频率范围内是恒定的。因此输出将忠实地从0到fc以恒定增益可用。

介于0和fc之间的频率称为通带频率,而高于fc的频率称为阻带频率。因此带宽为fc。

(b) 理想型高通滤波器

使高于截止频率fc的信号通过的滤波器是高通滤波器,具体如下图所示:

理想型高通滤波器

高通滤波器具有从零开始到频率fc的零增益,称为截止频率,在此频率之上,增益是恒定的。因此超过 fc 的任何频率的信号都以恒定增益忠实地再现,并且从0到fc的频率将被阻止。

(c) 理想型带通滤波器

当滤波器电路通过高于一个截止频率和低于第二个截止频率的信号时,称为带通滤波器,具体如下图所示:

理想型带通滤波器

从上图中可以看出,带通滤波器在两个截止频率fc2和fc1之间有一个通带,其中fc2 > fc1和两个阻带:0<f<fc1 和 f>fc2。因此,带通滤波器的带宽等于fc2-fc1,其中fc1和fc2分别是较低和较高的截止频率。

(d) 理想型带阻滤波器

带阻滤波器的性能与带通滤波器完全相反,其电路图如下图所示:

带阻滤波器

它在两个截止频率fc2和fc1和两个通带之间有一个带阻:0<f<fc1 和 f>fc2。这也称为带阻滤波器或陷波滤波器。

总结

从上面介绍可以知道,滤波器其实是一种选频装置,可以使信号中特定的频率顺利通过,而极大地衰减其它频率成分。利用滤波器的这种选频作用,可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

简单来说就是,凡是可以使信号中特定的频率通过,而极大地衰减或抑制其它频率成分的装置或系统都称之为滤波器。

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