1.滤波器的功能
滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过,而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制,它实质上是一个选频电路。
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;理想滤波器在通带内的电压增益为常数,在阻带内的电压增益为零;实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。
2.滤波器的分类
(1)按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。
(2)按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。
低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声。
高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。
带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。
(3)按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。
无源滤波器:仅由无源元件(R、L和C)组成的滤波器,它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是:电路比较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;缺点是:通带内的信号有能量损耗,负载效应比较明显,使用电感元件时容易引起电磁感应,当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大,在低频域不适用。
有源滤波器:由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器)组成。这类滤波器的优点是:通带内的信号不仅没有能量损耗,而且还可以放大,负载效应不明显,多级相联时相互影响很小,利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器,并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件);缺点是:通带范围受有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制,需要直流电源供电,可靠性不如无源滤波器高,在高压、高频、大功率的场合不适用。
3. 滤波器的主要参数
(1)通带增益:滤波器通带内的电压放大倍数。
(2)特征角频率和特征频率:它只与滤波用的电阻和电容元件的参数有关,通常。对于带通(带阻)滤波器,称为带通(带阻)滤波器的中心角频率或中心频率,是通带(阻带)内电压增益最大(最小)点的频率。
(3)截止角频率和截止频率:它是电压增益下降到(即)时所对应的角频率。必须注意不一定等于。带通和带阻滤波器有两个,即和。
(4)通带(阻带)宽度:它是带通(带阻)滤波器的两个之差值,即。
(5)等效品质因数:对低通和高通滤波器而言,值等于时滤波器电路电压增益的模与通带增益之比,即;对带通(带阻)滤波器而言,值等于中心角频率与通带(阻带)宽度之比,即。
4. 有源滤波器的阶数
有源滤波器传递函数分母中“”的最高“方次”称为滤波器的“阶数”。阶数越高,滤波器幅频特性的过渡带越陡,越接近理想特性。一般情况下,一阶滤波器过渡带按每十倍频20dB速率衰减;二阶滤波器每十倍频40dB速率衰减。高阶滤波器可由低阶滤波器串接组成。
5. 低通和高通滤波器之间的对偶关系
(1)幅频特性的对偶关系
当低通滤波器和高通滤波器的通带增益、截止频率或分别相等时,两者的幅频特性曲线相对于垂直线对称。
(2)传递函数的对偶关系
将低通滤波器传递函数中的换成,则变成对应的高通滤波器的传递函数。
(3)电路结构上的对偶关系
将低通滤波器中的起滤波作用的电容C换成电阻R,并将起滤波作用的电阻R换成电容C,则低通滤波器转化为对应的高通滤波器。