低通/高通/帶通濾波器
- 1.1 低通濾波器
- 1.2 高通濾波器
- 1.3 帶通濾波器
1.1 低通濾波器
【定義】電感阻止高頻信號通過而允許低頻信號通過,電容的特性卻相反。信號能夠通過電感的濾波器、或者通過電容連接到地的濾波器對于低頻信號的衰減要比高頻信號小,稱為低通濾波器。
【原理】利用電容通高頻阻低頻、電感通低頻阻高頻的原理。對于需要截止的高頻,利用電容吸收電感、阻礙的方法不使它通過;對于需要放行的低頻,利用電容高阻、電感低阻的特點讓它通過。最簡單的低通濾波器由電阻和電容元件構成,如下圖。
RC無源低通濾波器 RC無源低通濾波器的幅頻特性曲線
該低通濾波器的作用是讓低于轉折頻率f。的低頻段信號通過,而將高于轉折頻率f。的信號去掉。當輸入信號Vin中頻率低于轉折頻率f。的信號加到電路中時,由于C的容抗很大而無分流作用,所以這一低頻信號經R輸出。當Vin中頻率高于轉折頻率f。時,因C的容抗已很小,故通過R的高頻信號由C分流到地而無輸出,達到低通的目的。這一RC低通濾波器的轉折頻率f。
1.2 高通濾波器
【定義】最簡單的高通濾波器是“一階高通濾波器”,它的的特性一般用一階線性微分方程表示,它的左邊與一階低通濾波器完全相同,僅右邊是激勵源的導數而不是激勵源本身。當較低的頻率通過該系統時,沒有或幾乎沒有什么輸出,而當較高的頻率通過該系統時,將會受到較小的衰減。實際上,對于極高的頻率而言,電容器相當于“短路”一樣,這些頻率,基本上都可以在電阻兩端獲得輸出。換言之,這個系統適宜于通過高頻率而對低頻率有較大的阻礙作用,是一個最簡單的“高通濾波器”,如下圖。
RC元件構成的高通濾波器 RC高通濾波器的幅頻特性曲線
【工作原理】當頻率低于f。的信號輸入這一濾波器時,由于C1的容抗很大而受到阻止,輸出減小,且頻率愈低輸出愈小。當頻率高于f。的信號輸入這一濾波器時,由于C1容抗已很小,故對信號無衰減作用,這樣該濾波器具有讓高頻信號通過,阻止低頻信號的作用。這一電路的轉折頻率f。
高通 RC 濾波電路如圖所示:
在該電路中,輸出電壓通過電阻器 R 獲取。電容器 C 的電抗為: or 。這意味著電容器的電抗隨著頻率的增加而減小。因此,在低頻時,電容器 C 提供了相當大的電抗,從而阻止了它們。但是,在更高的頻率下,它提供的電抗很小,并允許它們通過它。輸出電壓在電阻器R上產生。由于該電路阻擋低頻但允許高頻信號通過,該電路稱為高通RC電路。隨著頻率的增加,電容器的電抗減小,因此輸出和增益增加。在非常高的頻率下,容抗變得非常小,因此輸出變得幾乎等于輸入,增益變得等于單位。
高通 RL 濾波器電路
在這樣的過濾器中,電阻 R 提供了固定的阻力。然而,電感器 L 提供的電抗隨著頻率的增加而增加,因此高頻信號在 L 上產生,但低于截止頻率 fc 的信號在電感器 L 上產生可忽略不計的電壓。
電感兩端產生的高頻輸出電壓 V out 為: ;截止頻率為:
1.3 帶通濾波器
【定義】帶通濾波器是一種僅允許特定頻率通過,同時對其余頻率的信號進行有效抑制的電路。由于它對信號具有選擇性,故而被廣泛地應用現在電子設計中。
比如RLC振蕩回路就是一個模擬帶通濾波器。帶通濾波器是指能通過某一頻率范圍內的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器,與帶阻濾波器的概念相對。
【工作原理】需要注意的是,在使用過程中,濾波器并不能夠將期望頻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象,并且使用每十倍頻的衰減幅度的dB數來表示。
注:
在本文中,我借鑒了互聯網上的一些內容,以總結面試經驗和技巧。這些內容旨在為讀者提供實用的指導和參考。然而,由于個人經驗和認知的局限性,本文的總結可能存在不準確或遺漏之處。因此,我真誠地歡迎讀者朋友們提出寶貴的意見和建議,以幫助我改進和完善這些內容。
此外,有些知識點參考了其他博主,可能由于疏忽未注明出處。這些借鑒的部分旨在提供更多信息和觀點,以豐富和完善文章的主題。在此,我對所借鑒的來源表示感謝。此外,為確保所引用的內容均符合版權規定,以維護知識產權和學術道德。若文中任何內容侵犯了您的合法權益,請相關權益人及時與我聯系,我將立即進行核實并采取適當措施,包括但不限于刪除相關內容或更新文章以消除影響。