濾波器

目錄
·濾波器概述
·濾波器類型
·濾波器的階數(shù)
·濾波器設(shè)計(jì)
·濾波器選取
·濾波器的分類
·數(shù)字濾波器
·模擬濾波器




　　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交流電。
濾波器概述
　　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，
　　利用這個(gè)特性可以將通過濾波器的一個(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，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�信�?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。附錄A包含了設(shè)計(jì)多達(dá)8階的具巴特沃斯、貝塞爾和切貝雪夫響應(yīng)濾波器所需參數(shù)的表格。其中兩個(gè)表格用于切貝雪夫響應(yīng)∶一個(gè)用于0.1dB最大通帶紋波；另一個(gè)用于1dB最大通帶紋波。
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。
濾波器選取
　　集總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(wú)損通過，而所有高于截止頻率的信號(hào)都應(yīng)該被無(wú)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(wú)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)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)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。
　　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。
　　3 按所采用的元器件分為無(wú)源和有源濾波器兩種。
　　無(wú)源濾波器： 僅由無(wú)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。
　　有源濾波器：由無(wú)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(wú)源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場(chǎng)合不適用。
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。或者說，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)。
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(wàn)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(wàn)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�輸出IDT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(wú)線耳機(jī)、無(wú)線麥克風(fēng)、無(wú)線電臺(tái)、無(wú)繩電話以及一體化收發(fā)雙工器等的級(jí)向耦合濾波。

• 通信詞典解釋