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滤波器

已有 581 次阅读2017-8-9 09:22 |个人分类:村田| 滤波器, 频率


滤波器,顾名思义,是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念,在电子技术领域,“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用,被转换为电压或电流的时间函数,称之为各种物理量的时间波形,或者称之为信号。因为自变量时间‘是连续取值的,所以称之为连续时间信号,又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。随着数字式电子计算机(一般简称计算机)技术的产生和飞速发展,为了便于计算机对信号进行处理,产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。也就是说,可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息,波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化,自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。信息需要传播,靠的就是波形信号的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变,甚至是在相当多的情况下,这种畸变还很严重,以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了

通俗的说,滤波器是指减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件,或对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路,其功能就是根据需求获得一个特定频率或去除一个特定频率。

 以低通滤波器为例,滤波器的放大倍数在截止频率fc 附近随信号频率增加而以斜坡方式下降。截止频率 fc 是放大倍数下降到通带增益的1/√2时的对应频率,因而通带宽度又称-3dB带宽(-3dB=20lg(1/√2))。

  实际滤波器在以下3个方面尽可能地逼近理想滤波器: 

  (1)通带增益平坦性:在通带内滤波器对各次频率信号的放大倍数要求尽量一致。

  (2)阻带增益下降速度:在阻带内,放大倍数随频率增加要求尽量迅速下降。

  (3)相移线性度:各次频率信号通过模拟滤波器会产生相移,要求相移尽量与频率成线性关系。

  上述3项要求对滤波器电路的实现是相互牵制的,常用滤波器的特性有以下4种类型

   (1) 巴特沃斯滤波器(Butterworth) 

  通带内幅频曲线平坦,阻带增益下降速度居中。相频特性非线性。

  (2) 切比雪夫滤波器(Chebyshev) 

  通带内幅频曲线有纹波,阻带增益下降速度快。相频特性非线性。

  (3) 贝塞尔滤波器(Bessel) 

  通带幅频曲线平坦性和阻带增益下降速度比较差。相频特性线性度最好。

  (4) 椭圆滤波器(Elliptic) 

  通带和阻带幅频曲线都有纹波,阻带增益下降速度最快。相频特性非线性。

  四种滤波器特性比较的结果,是在相同滤波器阶数的条件下得出的。滤波器的阶数,对于有源 RC滤波器是电路中电容C元件的个数。RC滤波器阶数越大,幅频特性越好,而相频线性越差、集成滤波 IC 价格越高。在实际的产品设计中,根据具体的要求选择滤波器的形式、阶数。

    滤波器主要技术指标

  (1)滤波器类型 

  巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔、椭圆……。

  (2)滤波器阶数

  (3)低通滤波器、高通滤波器:截止频率fc

  带通滤波器:上限频率fh、下限频率fl;、中心频率f0

  品质因数Q: Q=(fh-fl)/f0
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