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問題答案
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濾波器(filter),是一種用來消除干擾雜訊的器件,將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路,就是濾波器,其功能就是得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特定頻率。
回答者:
骨灰級(jí)新人
回答時(shí)間:2012-07-13 17:40
7 12
過濾噪音的設(shè)備。
而對(duì)抗干擾最好是擴(kuò)頻技術(shù)。
而對(duì)抗干擾最好是擴(kuò)頻技術(shù)。
回答者:
sun2223
回答時(shí)間:2012-07-13 17:41
28 30
濾波器(filter),是一種用來消除干擾雜訊的器件,將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路,就是濾波器,其功能就是得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特定頻率。
濾波器是一種對(duì)信號(hào)有處理作用的器件或電路。
濾波器分為有源濾波和無源濾波。
主要作用是:讓有用信號(hào)盡可能無衰減的通過,對(duì)無用信號(hào)盡可能大的衰減。
電源濾波器(1張)
濾波器一般有兩個(gè)端口,一個(gè)輸入信號(hào)、一個(gè)輸出信號(hào)
利用這個(gè)特性可以選通通過濾波器的一個(gè)方波群或復(fù)合噪波,而得到一個(gè)特定頻率的正弦波。
濾波器是由電感器和電容器構(gòu)成的網(wǎng)路,可使混合的交直流電流分開。電源整流器中,即借助此網(wǎng)路濾凈脈動(dòng)直流中的漣波,而獲得比較純凈的直流輸出。最基本的濾波器,是由一個(gè)電容器和一個(gè)電感器構(gòu)成,稱為L(zhǎng)型濾波。所有各型的濾波器,都是集合L型單節(jié)濾波器而成;締喂(jié)式濾波器由一個(gè)串聯(lián)臂及一個(gè)并聯(lián)臂所組成,串聯(lián)臂為電感器,并聯(lián)臂為電容器。在電源及聲頻電路中之濾波器,最通用者為L(zhǎng)型及π型兩種。就L型單節(jié)濾波器而言,其電感抗XL與電容抗XC,對(duì)任一頻率為一常數(shù),其關(guān)系為
XL·XC=K2
故L型濾波器又稱為K常數(shù)濾波器。倘若一濾波器的構(gòu)成部分,較K常數(shù)型具有較尖銳的截止頻率(即對(duì)頻率范圍選擇性強(qiáng)),而同時(shí)對(duì)此截止頻率以外的其他頻率只有較小的衰減率者,稱為m常數(shù)濾波器。所謂截止頻率,亦即與濾波器有尖銳諧振的頻率。通帶與帶阻濾波器都是m常數(shù)濾波器,m為截止頻率與被衰減的其他頻率之衰減比的函數(shù)。每一m常數(shù)濾波器的阻抗與K常數(shù)濾波器之間的關(guān)系,均由m常數(shù)決定,此常數(shù)介于0~1之間。當(dāng)m接近零值時(shí),截止頻率的尖銳度增高,但對(duì)于截止頻的倍頻之衰減率將隨著而減小。最合于實(shí)用的m值為0.6。至于那一頻率需被截止,可調(diào)節(jié)共振臂以決定之。m常數(shù)濾波器對(duì)截止頻率的衰減度,決定于共振臂的有效Q值之大小。若達(dá)K常數(shù)及m常數(shù)濾波器組成級(jí)聯(lián)電路,可獲得尖銳的濾波作用及良好的頻率衰減。
濾波,本質(zhì)上是從被噪聲畸變和污染了的信號(hào)中提取原始信號(hào)所攜帶的信息的過程。
濾波器類型
巴特沃斯響應(yīng)(最平坦響應(yīng))
巴特沃斯響應(yīng)能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應(yīng)非常平坦,非常接近DC信號(hào),然后慢慢衰減至截止頻率點(diǎn)為-3dB,最終逼近-20ndB/decade的衰減率,其中n為濾波器的階數(shù)。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應(yīng)用,其對(duì)于維護(hù)增益的平坦性來說非常重要。
貝塞爾響應(yīng)
除了會(huì)改變依賴于頻率的輸入信號(hào)的幅度外,濾波器還會(huì)為其引入了一個(gè)延遲。延遲使得基于頻率的相移產(chǎn)生非正弦信號(hào)失真。就像巴特沃斯響應(yīng)利用通帶最大化了幅度的平坦度一樣,貝塞爾響應(yīng)最小化了通帶的相位非線性。
切貝雪夫響應(yīng)
在一些應(yīng)用當(dāng)中,最為重要的因素是濾波器截?cái)嗖槐匾盘?hào)的速度。如果你可以接受通帶具有一些紋波,就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。
用來說明濾波器性能的技術(shù)指標(biāo)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(nèi)的最大衰減
阻帶衰減
對(duì)于實(shí)際濾波器而言,考慮到實(shí)際的組成元件的品質(zhì)因數(shù)的取值是一有限值(因?yàn)槭芟抻诓牧吓c工藝的水平),所以所有工程上的實(shí)用濾波器都是有損濾波器,因此對(duì)于這些濾波器還應(yīng)考慮通帶內(nèi)的最小插入衰減。
現(xiàn)代濾波器設(shè)計(jì),多是采用濾波器變換的方法加以實(shí)現(xiàn)。主要是通過對(duì)低通原型濾波器進(jìn)行頻率變換與阻抗變換,來得到新的目標(biāo)濾波器。
阻帶頻率Fs,是指濾波器響應(yīng)曲線在阻帶內(nèi)達(dá)到最小衰減的頻率點(diǎn)。
通帶紋波Amax,是指同帶內(nèi)響應(yīng)的起伏。
最小阻帶衰減Amin,是指阻帶內(nèi)最小信號(hào)衰減。[1]
理想的低通濾波器應(yīng)該能使所有低于截止頻率的信號(hào)無損通過,而所有高于截止頻率的信號(hào)都應(yīng)該被無限的衰減,從而在幅頻特性曲線上呈現(xiàn)矩形,故而也稱為矩形濾波器(brick-wallfilter)。遺憾的是,如此理想的特性是無法實(shí)現(xiàn)的,所有的設(shè)計(jì)只不過是力圖逼近矩形濾波器的特性而已。根據(jù)所選的逼近函數(shù)的不同,可以得到不同的響應(yīng)。雖然逼近函數(shù)多種多樣,但是考慮到實(shí)際電路的使用需求,我們通常會(huì)選用“巴特沃斯響應(yīng)”或“切比雪夫響應(yīng)”。
“巴特沃斯響應(yīng)”帶通濾波器具有平坦的響應(yīng)特性,而“切比雪夫響應(yīng)”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(jù)電路或系統(tǒng)的具體要求而定。但是,“切比雪夫響應(yīng)”濾波器對(duì)于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(位于通帶的中部),所以在一般的應(yīng)用中,推薦使用“切比雪夫響應(yīng)”濾波器。
低通濾波器:它允許信號(hào)中的低頻或直流分量通過,抑制高頻分量或干擾和噪聲。
高通濾波器:它允許信號(hào)中的高頻分量通過,抑制低頻或直流分量。
低通和高通濾波器傳遞函數(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路
帶通濾波器:它允許一定頻段的信號(hào)通過,抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲。
帶阻濾波器:它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào),允許該頻段以外的信號(hào)通過。
帶通和帶阻濾波器傳遞函數(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路
3.1、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(gòu)成的。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是:電路比較簡(jiǎn)單,不需要直流電源供電,可靠性高;缺點(diǎn)是:通帶內(nèi)的信號(hào)有能量損耗,負(fù)載效應(yīng)比較明顯,使用電感元件時(shí)容易引起電磁感應(yīng),當(dāng)電感L較大時(shí)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:由無源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運(yùn)算放大器)組成。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是:通帶內(nèi)的信號(hào)不僅沒有能量損耗,而且還可以放大,負(fù)載效應(yīng)不明顯,多級(jí)相聯(lián)時(shí)相互影響很小,利用級(jí)聯(lián)的簡(jiǎn)單方法很容易構(gòu)成高階濾波器,并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件);缺點(diǎn)是:通帶范圍受有源器件(如集成運(yùn)算放大器)的帶寬限制,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(chǎng)合不適用。
4.1、板上濾波器安裝在線路板上,如PLB、JLB系列濾波器。這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì),缺點(diǎn)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(fā)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(jī)箱之間的一段連線會(huì)產(chǎn)生兩種不良作用: 一個(gè)是機(jī)箱內(nèi)部空間的電磁干擾會(huì)直接感應(yīng)到這段線上,沿著電纜傳出機(jī)箱,借助電纜輻射,使濾波器失效;另一個(gè)是外界干擾在被板上濾波器濾波之前,借助這段線產(chǎn)生輻射,或直接與線路板上的電路發(fā)生耦合,造成敏感度問題;
4.2、濾波陣列板、濾波連接器等面板濾波器一般都直接安裝在屏蔽機(jī)箱的金屬面板上。由于直接安裝在金屬面板上,濾波器的輸入與輸出之間完全隔離,接地良好,電纜上的干擾在機(jī)箱端口上被濾除,因此濾波效果相當(dāng)理想。缺點(diǎn)是必須在設(shè)計(jì)初期考慮安裝所需的配合結(jié)構(gòu)。
對(duì)于不同濾波器而言,每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。當(dāng)使用在音頻應(yīng)用時(shí),它有時(shí)被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。
低通濾波器概念有許多不同的形式,其中包括電子線路(如音頻設(shè)備中使用的hiss 濾波器、平滑數(shù)據(jù)的數(shù)字算法、音障(acoustic barriers)、圖像模糊處理等等,這兩個(gè)工具都通過剔除短期波動(dòng)、保留長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)提供了信號(hào)的平滑形式。
低通濾波器在信號(hào)處理中的作用等同于其它領(lǐng)域如金融領(lǐng)域中移動(dòng)平均數(shù)(moving average)所起的作用; 低通濾波器有很多種,其中,最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫?yàn)V波器。
一個(gè)理想的濾波器應(yīng)該有一個(gè)完全平坦的通帶,例如在通帶內(nèi)沒有增益或者衰減,并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉,另外,通帶外的轉(zhuǎn)換在極小的頻率范圍完成。實(shí)際上,并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠?qū)⑵谕l率范圍外的所有頻率完全衰減掉,尤其是在所要的通帶外還有一個(gè)被衰減但是沒有被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現(xiàn)象,并且使用每十倍頻的衰減幅度dB來表示。通常,濾波器的設(shè)計(jì)盡量保證滾降范圍越窄越好,這樣濾波器的性能就與設(shè)計(jì)更加接近。然而,隨著滾降范圍越來越小,通帶就變得不再平坦—開始出現(xiàn)“波紋”。這種現(xiàn)象在通帶的邊緣處尤其明顯,這種效應(yīng)稱為吉布斯現(xiàn)象。
除了電子學(xué)和信號(hào)處理領(lǐng)域之外,帶通濾波器應(yīng)用的一個(gè)例子是在大氣科學(xué)領(lǐng)域,很常見的例子是使用帶通濾波器過濾最近3到10天時(shí)間范圍內(nèi)的天氣數(shù)據(jù),這樣在數(shù)據(jù)域中就只保留了作為擾動(dòng)的氣旋。 在頻帶較低的剪切頻率f1和較高的剪切頻率f2之間是共振頻率,這里濾波器的增益最大,濾波器的帶寬就是f2和f1之間的差值。
2、帶通濾波器的應(yīng)用區(qū)域:
許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器,以選出各個(gè)不同頻段的信號(hào),在顯示上利用發(fā)光二極管點(diǎn)亮的多少來指示出信號(hào)幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率 ,在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1,品質(zhì)因數(shù) ,3dB帶寬B=1/(п*R3*C)也可根據(jù)設(shè)計(jì)確定的Q、fo、Ao值,去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/(2пfoAoC),R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC),R3=2Q/(2пfoC)。上式中,當(dāng)fo=1KHz時(shí),C取0.01Uf。此電路亦可用于一般的選頻放大。 有源帶通濾波器電路,此電路亦可使用單電源,只需將運(yùn)放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻R2下端接到運(yùn)放正輸入端既可。
用于頻譜分析裝置中的帶通濾波器,可根據(jù)中心頻率與帶寬之問的數(shù)值關(guān)系,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(shí),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。
聲表面波濾波器
聲表面波是指聲波在彈性體表面的傳播,這個(gè)波被稱為彈性聲表面波。聲表面波的傳播速度比電磁波的速度約小10萬倍。聲表面波濾波器是采用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料,利用其壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性而制成的一種濾波專用器件,廣泛應(yīng)用于電視機(jī)及錄像機(jī)中頻電路中,以取代LC中頻濾波器,使圖像、聲音的質(zhì)量大大提高。
SAW 聲表濾波器、聲表諧振器,是在壓電基片材料表面產(chǎn)生并傳播、且其振幅隨深入基片本材料的深度增加而迅速減少的的彈性波。聲表面波(SAW)是傳播于壓電晶體表面的機(jī)械波,其聲速僅為電磁波速的十萬分之一,傳播衰耗很小。
SAW 聲表器件是在壓電基片上采用微電子工藝技術(shù)制作叉指形電聲換能器和反射器耦合器等,利用基片材料的壓電效應(yīng),通過輸入叉指換能器(IDT)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào),并局限在基片表面?zhèn)鞑ィ敵鯥DT將聲信號(hào)恢復(fù)成電信號(hào),實(shí)現(xiàn)電-聲-電的變換過程,完成電信號(hào)處理過程,獲得各種用途的電子器件。采用了先進(jìn)微電子加工技術(shù)制造的聲表面波器件,具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。
介質(zhì)濾波器
介質(zhì)濾波器利用介質(zhì)陶瓷材料的低損耗、高介電常數(shù)、頻率溫度系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小、可承受高功率等特點(diǎn)設(shè)計(jì)制作的,由數(shù)個(gè)長(zhǎng)型諧振器縱向多級(jí)串聯(lián)或并聯(lián)的梯形線路構(gòu)成。其特點(diǎn)是插入損耗小、耐功率性好、帶寬窄,特別適合CT1,CT2,900MHz,1.8GHz,2.4GHz,5.8GHz,便攜電話、汽車電話、無線耳機(jī)、無線麥克風(fēng)、無線電臺(tái)、無繩電話以及一體化收發(fā)雙工器等的級(jí)向耦合濾波。
式中A(ω)為濾波器的幅頻特性,θ(ω)為濾波器的相頻特性。它們均可通過實(shí)驗(yàn)的方法來測(cè)量。
濾波器是一種對(duì)信號(hào)有處理作用的器件或電路。
濾波器分為有源濾波和無源濾波。
主要作用是:讓有用信號(hào)盡可能無衰減的通過,對(duì)無用信號(hào)盡可能大的衰減。
電源濾波器(1張)
濾波器一般有兩個(gè)端口,一個(gè)輸入信號(hào)、一個(gè)輸出信號(hào)
利用這個(gè)特性可以選通通過濾波器的一個(gè)方波群或復(fù)合噪波,而得到一個(gè)特定頻率的正弦波。
濾波器是由電感器和電容器構(gòu)成的網(wǎng)路,可使混合的交直流電流分開。電源整流器中,即借助此網(wǎng)路濾凈脈動(dòng)直流中的漣波,而獲得比較純凈的直流輸出。最基本的濾波器,是由一個(gè)電容器和一個(gè)電感器構(gòu)成,稱為L(zhǎng)型濾波。所有各型的濾波器,都是集合L型單節(jié)濾波器而成;締喂(jié)式濾波器由一個(gè)串聯(lián)臂及一個(gè)并聯(lián)臂所組成,串聯(lián)臂為電感器,并聯(lián)臂為電容器。在電源及聲頻電路中之濾波器,最通用者為L(zhǎng)型及π型兩種。就L型單節(jié)濾波器而言,其電感抗XL與電容抗XC,對(duì)任一頻率為一常數(shù),其關(guān)系為
XL·XC=K2
故L型濾波器又稱為K常數(shù)濾波器。倘若一濾波器的構(gòu)成部分,較K常數(shù)型具有較尖銳的截止頻率(即對(duì)頻率范圍選擇性強(qiáng)),而同時(shí)對(duì)此截止頻率以外的其他頻率只有較小的衰減率者,稱為m常數(shù)濾波器。所謂截止頻率,亦即與濾波器有尖銳諧振的頻率。通帶與帶阻濾波器都是m常數(shù)濾波器,m為截止頻率與被衰減的其他頻率之衰減比的函數(shù)。每一m常數(shù)濾波器的阻抗與K常數(shù)濾波器之間的關(guān)系,均由m常數(shù)決定,此常數(shù)介于0~1之間。當(dāng)m接近零值時(shí),截止頻率的尖銳度增高,但對(duì)于截止頻的倍頻之衰減率將隨著而減小。最合于實(shí)用的m值為0.6。至于那一頻率需被截止,可調(diào)節(jié)共振臂以決定之。m常數(shù)濾波器對(duì)截止頻率的衰減度,決定于共振臂的有效Q值之大小。若達(dá)K常數(shù)及m常數(shù)濾波器組成級(jí)聯(lián)電路,可獲得尖銳的濾波作用及良好的頻率衰減。
濾波器作用
濾波器,顧名思義,是對(duì)波進(jìn)行過濾的器件。“波”是一個(gè)非常廣泛的物理概念,在電子技術(shù)領(lǐng)域,“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用,被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時(shí)間函數(shù),稱之為各種物理量的時(shí)間波形,或者稱之為信號(hào)。因?yàn)樽宰兞繒r(shí)間‘是連續(xù)取值的,所以稱之為連續(xù)時(shí)間信號(hào),又習(xí)慣地稱之為模擬信號(hào)(Analog Signal)。隨著數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)(一般簡(jiǎn)稱計(jì)算機(jī))技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展,為了便于計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,產(chǎn)生了在抽樣定理指導(dǎo)下將連續(xù)時(shí)間信號(hào)變換成離散時(shí)間信號(hào)的完整的理論和方法。也就是說,可以只用原模擬信號(hào)在一系列離散時(shí)間坐標(biāo)點(diǎn)上的樣本值表達(dá)原始信號(hào)而不丟失任何信息,波、波形、信號(hào)這些概念既然表達(dá)的是客觀世界中各種物理量的變化,自然就是現(xiàn)代社會(huì)賴以生存的各種信息的載體。信息需要傳播,靠的就是波形信號(hào)的傳遞。信號(hào)在它的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)拿恳粋(gè)環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變,有時(shí),甚至是在相當(dāng)多的情況下,這種畸變還很嚴(yán)重,以致于信號(hào)及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當(dāng)中了。濾波,本質(zhì)上是從被噪聲畸變和污染了的信號(hào)中提取原始信號(hào)所攜帶的信息的過程。
濾波器類型
巴特沃斯響應(yīng)(最平坦響應(yīng))
巴特沃斯響應(yīng)能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應(yīng)非常平坦,非常接近DC信號(hào),然后慢慢衰減至截止頻率點(diǎn)為-3dB,最終逼近-20ndB/decade的衰減率,其中n為濾波器的階數(shù)。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應(yīng)用,其對(duì)于維護(hù)增益的平坦性來說非常重要。
貝塞爾響應(yīng)
除了會(huì)改變依賴于頻率的輸入信號(hào)的幅度外,濾波器還會(huì)為其引入了一個(gè)延遲。延遲使得基于頻率的相移產(chǎn)生非正弦信號(hào)失真。就像巴特沃斯響應(yīng)利用通帶最大化了幅度的平坦度一樣,貝塞爾響應(yīng)最小化了通帶的相位非線性。
切貝雪夫響應(yīng)
在一些應(yīng)用當(dāng)中,最為重要的因素是濾波器截?cái)嗖槐匾盘?hào)的速度。如果你可以接受通帶具有一些紋波,就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。
濾波器的階數(shù)
濾波器的階數(shù)是指在濾波器的傳遞函數(shù)中有幾個(gè)極點(diǎn).階數(shù)同時(shí)也決定了轉(zhuǎn)折區(qū)的下降速度,一般每增加一階(一個(gè)極點(diǎn)),就會(huì)增加一20dBDec(一20dB每十倍頻程)。濾波器設(shè)計(jì)
濾波器特性可以用其頻率響應(yīng)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(shù)指標(biāo)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(nèi)的最大衰減
阻帶衰減
對(duì)于實(shí)際濾波器而言,考慮到實(shí)際的組成元件的品質(zhì)因數(shù)的取值是一有限值(因?yàn)槭芟抻诓牧吓c工藝的水平),所以所有工程上的實(shí)用濾波器都是有損濾波器,因此對(duì)于這些濾波器還應(yīng)考慮通帶內(nèi)的最小插入衰減。
現(xiàn)代濾波器設(shè)計(jì),多是采用濾波器變換的方法加以實(shí)現(xiàn)。主要是通過對(duì)低通原型濾波器進(jìn)行頻率變換與阻抗變換,來得到新的目標(biāo)濾波器。
濾波器常用參數(shù)定義
截止頻率Fc,是指濾波器響應(yīng)曲線在通帶內(nèi)下降到誤差帶以外的頻率點(diǎn)(在巴特沃斯濾波器中被稱作3dB點(diǎn))。阻帶頻率Fs,是指濾波器響應(yīng)曲線在阻帶內(nèi)達(dá)到最小衰減的頻率點(diǎn)。
通帶紋波Amax,是指同帶內(nèi)響應(yīng)的起伏。
最小阻帶衰減Amin,是指阻帶內(nèi)最小信號(hào)衰減。[1]
濾波器選取
幾種低通原型濾波器是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計(jì)濾波器的基礎(chǔ),各種低通、高通、帶通、帶阻濾波器大都是根據(jù)此特性推導(dǎo)出來的。正因如此,才使得濾波器的設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)化,精度得以提高。理想的低通濾波器應(yīng)該能使所有低于截止頻率的信號(hào)無損通過,而所有高于截止頻率的信號(hào)都應(yīng)該被無限的衰減,從而在幅頻特性曲線上呈現(xiàn)矩形,故而也稱為矩形濾波器(brick-wallfilter)。遺憾的是,如此理想的特性是無法實(shí)現(xiàn)的,所有的設(shè)計(jì)只不過是力圖逼近矩形濾波器的特性而已。根據(jù)所選的逼近函數(shù)的不同,可以得到不同的響應(yīng)。雖然逼近函數(shù)多種多樣,但是考慮到實(shí)際電路的使用需求,我們通常會(huì)選用“巴特沃斯響應(yīng)”或“切比雪夫響應(yīng)”。
“巴特沃斯響應(yīng)”帶通濾波器具有平坦的響應(yīng)特性,而“切比雪夫響應(yīng)”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(jù)電路或系統(tǒng)的具體要求而定。但是,“切比雪夫響應(yīng)”濾波器對(duì)于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(位于通帶的中部),所以在一般的應(yīng)用中,推薦使用“切比雪夫響應(yīng)”濾波器。
濾波器的分類
1、按所處理的信號(hào)
按所處理的信號(hào)分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。2、按所通過信號(hào)的頻段
按所通過信號(hào)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(hào)中的低頻或直流分量通過,抑制高頻分量或干擾和噪聲。
高通濾波器:它允許信號(hào)中的高頻分量通過,抑制低頻或直流分量。
低通和高通濾波器傳遞函數(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路
帶通濾波器:它允許一定頻段的信號(hào)通過,抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲。
帶阻濾波器:它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào),允許該頻段以外的信號(hào)通過。
帶通和帶阻濾波器傳遞函數(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路
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: 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(gòu)成的。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是:電路比較簡(jiǎn)單,不需要直流電源供電,可靠性高;缺點(diǎn)是:通帶內(nèi)的信號(hào)有能量損耗,負(fù)載效應(yīng)比較明顯,使用電感元件時(shí)容易引起電磁感應(yīng),當(dāng)電感L較大時(shí)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:由無源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運(yùn)算放大器)組成。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是:通帶內(nèi)的信號(hào)不僅沒有能量損耗,而且還可以放大,負(fù)載效應(yīng)不明顯,多級(jí)相聯(lián)時(shí)相互影響很小,利用級(jí)聯(lián)的簡(jiǎn)單方法很容易構(gòu)成高階濾波器,并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件);缺點(diǎn)是:通帶范圍受有源器件(如集成運(yùn)算放大器)的帶寬限制,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(chǎng)合不適用。
4、根據(jù)濾波器的安放位置
根據(jù)濾波器的安放位置不同,一般分為板上濾波器和面板濾波器。4.1、板上濾波器安裝在線路板上,如PLB、JLB系列濾波器。這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì),缺點(diǎn)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(fā)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(jī)箱之間的一段連線會(huì)產(chǎn)生兩種不良作用: 一個(gè)是機(jī)箱內(nèi)部空間的電磁干擾會(huì)直接感應(yīng)到這段線上,沿著電纜傳出機(jī)箱,借助電纜輻射,使濾波器失效;另一個(gè)是外界干擾在被板上濾波器濾波之前,借助這段線產(chǎn)生輻射,或直接與線路板上的電路發(fā)生耦合,造成敏感度問題;
4.2、濾波陣列板、濾波連接器等面板濾波器一般都直接安裝在屏蔽機(jī)箱的金屬面板上。由于直接安裝在金屬面板上,濾波器的輸入與輸出之間完全隔離,接地良好,電纜上的干擾在機(jī)箱端口上被濾除,因此濾波效果相當(dāng)理想。缺點(diǎn)是必須在設(shè)計(jì)初期考慮安裝所需的配合結(jié)構(gòu)。
數(shù)字濾波器
與模擬濾波器相對(duì)應(yīng),在離散系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用數(shù)字濾波器。它的作用是利用離散時(shí)間系統(tǒng)的特性對(duì)輸入信號(hào)波形或頻率進(jìn)行加工處理;蛘哒f,把輸入信號(hào)變成一定的輸出信號(hào),從而達(dá)到改變信號(hào)頻譜的目的。數(shù)字濾波器一般可以用兩種方法來實(shí)現(xiàn):一種方法是用數(shù)字硬件裝配成一臺(tái)專門的設(shè)備,這種設(shè)備稱為數(shù)字信號(hào)處理機(jī);另一種方法就是直接利用通用計(jì)算機(jī),將所需要的運(yùn)算編成程序讓通用計(jì)算機(jī)來完成,即利用計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)。低通濾波器
(low-passfilter)低通濾波器是容許低于截至頻率的信號(hào)通過, 但高于截止頻率的信號(hào)不能通過的電子濾波裝置。對(duì)于不同濾波器而言,每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。當(dāng)使用在音頻應(yīng)用時(shí),它有時(shí)被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。
低通濾波器概念有許多不同的形式,其中包括電子線路(如音頻設(shè)備中使用的hiss 濾波器、平滑數(shù)據(jù)的數(shù)字算法、音障(acoustic barriers)、圖像模糊處理等等,這兩個(gè)工具都通過剔除短期波動(dòng)、保留長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)提供了信號(hào)的平滑形式。
低通濾波器在信號(hào)處理中的作用等同于其它領(lǐng)域如金融領(lǐng)域中移動(dòng)平均數(shù)(moving average)所起的作用; 低通濾波器有很多種,其中,最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫?yàn)V波器。
帶通濾波器
1、帶通濾波器的工作原理:[2]一個(gè)理想的濾波器應(yīng)該有一個(gè)完全平坦的通帶,例如在通帶內(nèi)沒有增益或者衰減,并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉,另外,通帶外的轉(zhuǎn)換在極小的頻率范圍完成。實(shí)際上,并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠?qū)⑵谕l率范圍外的所有頻率完全衰減掉,尤其是在所要的通帶外還有一個(gè)被衰減但是沒有被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現(xiàn)象,并且使用每十倍頻的衰減幅度dB來表示。通常,濾波器的設(shè)計(jì)盡量保證滾降范圍越窄越好,這樣濾波器的性能就與設(shè)計(jì)更加接近。然而,隨著滾降范圍越來越小,通帶就變得不再平坦—開始出現(xiàn)“波紋”。這種現(xiàn)象在通帶的邊緣處尤其明顯,這種效應(yīng)稱為吉布斯現(xiàn)象。
除了電子學(xué)和信號(hào)處理領(lǐng)域之外,帶通濾波器應(yīng)用的一個(gè)例子是在大氣科學(xué)領(lǐng)域,很常見的例子是使用帶通濾波器過濾最近3到10天時(shí)間范圍內(nèi)的天氣數(shù)據(jù),這樣在數(shù)據(jù)域中就只保留了作為擾動(dòng)的氣旋。 在頻帶較低的剪切頻率f1和較高的剪切頻率f2之間是共振頻率,這里濾波器的增益最大,濾波器的帶寬就是f2和f1之間的差值。
2、帶通濾波器的應(yīng)用區(qū)域:
許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器,以選出各個(gè)不同頻段的信號(hào),在顯示上利用發(fā)光二極管點(diǎn)亮的多少來指示出信號(hào)幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率 ,在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1,品質(zhì)因數(shù) ,3dB帶寬B=1/(п*R3*C)也可根據(jù)設(shè)計(jì)確定的Q、fo、Ao值,去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/(2пfoAoC),R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC),R3=2Q/(2пfoC)。上式中,當(dāng)fo=1KHz時(shí),C取0.01Uf。此電路亦可用于一般的選頻放大。 有源帶通濾波器電路,此電路亦可使用單電源,只需將運(yùn)放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻R2下端接到運(yùn)放正輸入端既可。
模擬濾波器
模擬濾波器在測(cè)試系統(tǒng)或?qū)S脙x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(shù)字信號(hào)分析系統(tǒng)中的抗頻混濾波;高通濾波器被用于聲發(fā)射檢測(cè)儀中剔除低頻干擾噪聲;帶阻濾波器用作電渦流測(cè)振儀中的陷波器,等等。用于頻譜分析裝置中的帶通濾波器,可根據(jù)中心頻率與帶寬之問的數(shù)值關(guān)系,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(shí),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。
聲表面波濾波器
聲表面波是指聲波在彈性體表面的傳播,這個(gè)波被稱為彈性聲表面波。聲表面波的傳播速度比電磁波的速度約小10萬倍。聲表面波濾波器是采用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料,利用其壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性而制成的一種濾波專用器件,廣泛應(yīng)用于電視機(jī)及錄像機(jī)中頻電路中,以取代LC中頻濾波器,使圖像、聲音的質(zhì)量大大提高。
SAW 聲表濾波器、聲表諧振器,是在壓電基片材料表面產(chǎn)生并傳播、且其振幅隨深入基片本材料的深度增加而迅速減少的的彈性波。聲表面波(SAW)是傳播于壓電晶體表面的機(jī)械波,其聲速僅為電磁波速的十萬分之一,傳播衰耗很小。
SAW 聲表器件是在壓電基片上采用微電子工藝技術(shù)制作叉指形電聲換能器和反射器耦合器等,利用基片材料的壓電效應(yīng),通過輸入叉指換能器(IDT)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào),并局限在基片表面?zhèn)鞑ィ敵鯥DT將聲信號(hào)恢復(fù)成電信號(hào),實(shí)現(xiàn)電-聲-電的變換過程,完成電信號(hào)處理過程,獲得各種用途的電子器件。采用了先進(jìn)微電子加工技術(shù)制造的聲表面波器件,具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。
介質(zhì)濾波器
介質(zhì)濾波器利用介質(zhì)陶瓷材料的低損耗、高介電常數(shù)、頻率溫度系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小、可承受高功率等特點(diǎn)設(shè)計(jì)制作的,由數(shù)個(gè)長(zhǎng)型諧振器縱向多級(jí)串聯(lián)或并聯(lián)的梯形線路構(gòu)成。其特點(diǎn)是插入損耗小、耐功率性好、帶寬窄,特別適合CT1,CT2,900MHz,1.8GHz,2.4GHz,5.8GHz,便攜電話、汽車電話、無線耳機(jī)、無線麥克風(fēng)、無線電臺(tái)、無繩電話以及一體化收發(fā)雙工器等的級(jí)向耦合濾波。
濾波器安裝注意事項(xiàng)
板上濾波器雖然對(duì)高頻的濾波效果不理想,但是如果應(yīng)用得當(dāng),可以滿足大部分民用產(chǎn)品電磁兼容的要求。在使用時(shí)要注意以下事項(xiàng):1、“干凈地”
如果決定使用板上濾波器,在布線時(shí)就要注意在電纜端口處留出一塊“干凈地”,濾波器和連接器都安裝在“干凈地”上。通過前面的討論,可知信號(hào)地線上的干擾是十分嚴(yán)重的。如果直接將電纜的濾波電容連接到這種地線上,會(huì)造成嚴(yán)重的共模輻射問題。為了取得較好的濾波效果,必須準(zhǔn)備一塊干凈地。并與信號(hào)地只能在一點(diǎn)連接起來,這個(gè)流通點(diǎn)稱為“橋”,所有信號(hào)線都從橋上通過,以減小信號(hào)環(huán)路面積。2、濾波器要并排設(shè)置
同一組電纜內(nèi)的所有導(dǎo)線的未濾波部分在—起,已濾波部分在一起。否則,一根導(dǎo)線的耒濾波部分會(huì)將另一根導(dǎo)線的已濾波部分重新污染9使電纜整體濾波失效。3、濾波器要盡量靠近電纜的端口
濾波器與面板之間的導(dǎo)線的距離應(yīng)盡量短。必要時(shí),使用金屬板遮擋一下,隔離近場(chǎng)干擾。4、濾波器與機(jī)箱的搭接
安裝濾波器的干諍地要與金屬機(jī)箱可靠地搭接起來,如果機(jī)箱不是金屬的,就在線路板下方設(shè)置一塊較大的金屬板來作為濾波地。干凈地與金屬機(jī)箱之間的搭接要保證很低的射頻阻抗。如有必要,可以使用電磁密封襯墊搭接,增加搭接面積,減小射頻阻抗。5、濾波器接地線要短
考慮到引腳的電感效應(yīng),其重要性前面已討淪,濾波器的局部布線和設(shè)計(jì)線路板與機(jī)箱(金屬板)的連接結(jié)構(gòu)時(shí)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(yīng)盡量遠(yuǎn)離,防止發(fā)生上述的耦合問題。幅頻特性示意圖
下面是低通濾波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、和帶阻濾波器(BEF)四種濾波器的幅頻特性示意圖。濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)
濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(jω),又稱為正弦傳遞函數(shù)。它可用下式表示:式中A(ω)為濾波器的幅頻特性,θ(ω)為濾波器的相頻特性。它們均可通過實(shí)驗(yàn)的方法來測(cè)量。
回答者:
zhangqing822
回答時(shí)間:2012-07-13 18:29
28 33
簡(jiǎn)單理解就是濾除不需要的雜散信號(hào)
回答者:
kayyongheng
回答時(shí)間:2012-07-13 19:02
29 29
濾波器:是一種用來消除干擾雜訊的器件,將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的交流電。您可以通過基本的濾波器積木塊——二階通用濾波器傳遞函數(shù),推導(dǎo)出最通用的濾波器類型:低通、帶通、高通、陷波和橢圓型濾波器
濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)http://tech.ddvip.com/2008/08/121962672057587.html
回答者:
xhy1331
回答時(shí)間:2012-07-13 19:37
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