濾波器

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發(fā)布時間：2013/9/17 11:03:50
作者：量值溯源

一濾波器的定義

　　《GB/T 2900.1-2008 電工術語基本術語》定義：濾波器（filter）是指按規(guī)定法則設計用來傳遞輸入量的各頻譜分量的一種線性二端口器件。通常是為了通過某些頻帶的頻譜分量而衰減在其他一些頻帶內的頻譜分量。

　　通俗的說，濾波器是指減少或消除諧波對電力系統(tǒng)影響的電氣部件，或對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電路，其功能就是根據需求獲得一個特定頻率或去除一個特定頻率。

二濾波器的特性

　　濾波器理想特性

　　在通帶內理想濾波器對各次頻率的信號放大倍數(shù)為1，在阻帶內理想濾波器對各次頻率的信號放大倍為0。通帶內各次頻率信號通過理想濾波器后相移為 0 或相移與頻率成正比。理想濾波器的特性使通帶信號無失真通過，而阻帶信號完全被抑制。

理想濾波器

濾波器理想特性

三無源RC濾波器

(1)RC低通

RC低通

RC低通濾波器

(2)RC高通

RC高通

RC高通濾波器

四有源濾器的特性與類型

　　用運放和 RC元件可設計出各種有源濾波電路,稱為RC有源濾波器。由運放和RC設計RC有源濾波器，設計方法和電路調試復雜，IC廠商提供了許多集成 RC濾波器IC，這些RC、運放等元件集成在芯片內部，從而使設計和調試都比較簡單。實際RC有源濾波器無法完全地實現(xiàn)理想濾波器的特性，只能盡量逼近。

　　以低通濾波器為例，濾波器的放大倍數(shù)在截止頻率fc 附近隨信號頻率增加而以斜坡方式下降。截止頻率 fc 是放大倍數(shù)下降到通帶增益的1/√2時的對應頻率，因而通帶寬度又稱-3dB帶寬(-3dB=20lg(1/√2))。

　　實際濾波器在以下3個方面盡可能地逼近理想濾波器：

　　(1)通帶增益平坦性：在通帶內濾波器對各次頻率信號的放大倍數(shù)要求盡量一致。

　　(2)阻帶增益下降速度：在阻帶內，放大倍數(shù)隨頻率增加要求盡量迅速下降。

　　(3)相移線性度：各次頻率信號通過模擬濾波器會產生相移，要求相移盡量與頻率成線性關系。

　　上述3項要求對濾波器電路的實現(xiàn)是相互牽制的，常用濾波器的特性有以下4種類型

典型的濾波器

　　(1) 巴特沃斯濾波器(Butterworth)

　　通帶內幅頻曲線平坦，阻帶增益下降速度居中。相頻特性非線性。

　　(2) 切比雪夫濾波器(Chebyshev)

　　通帶內幅頻曲線有紋波，阻帶增益下降速度快。相頻特性非線性。

　　(3) 貝塞爾濾波器(Bessel)

　　通帶幅頻曲線平坦性和阻帶增益下降速度比較差。相頻特性線性度最好。

　　(4) 橢圓濾波器(Elliptic)

　　通帶和阻帶幅頻曲線都有紋波，阻帶增益下降速度最快。相頻特性非線性。

　　四種濾波器特性比較的結果，是在相同濾波器階數(shù)的條件下得出的。濾波器的階數(shù)，對于有源 RC濾波器是電路中電容C元件的個數(shù)。RC濾波器階數(shù)越大，幅頻特性越好，而相頻線性越差、集成濾波 IC 價格越高。在實際的產品設計中，根據具體的要求選擇濾波器的形式、階數(shù)。