濾波器

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發(fā)布時(shí)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(shù)語基本術(shù)語》定義：濾波器（filter）是指按規(guī)定法則設(shè)計(jì)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(nèi)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?qū)μ囟l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，其功能就是根據(jù)需求獲得一個(gè)特定頻率或去除一個(gè)特定頻率。

二濾波器的特性

　　濾波器理想特性

　　在通帶內(nèi)理想濾波器對各次頻率的信號放大倍數(shù)為1，在阻帶內(nèi)理想濾波器對各次頻率的信號放大倍為0。通帶內(nèi)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(yùn)放和 RC元件可設(shè)計(jì)出各種有源濾波電路,稱為RC有源濾波器。由運(yùn)放和RC設(shè)計(jì)RC有源濾波器，設(shè)計(jì)方法和電路調(diào)試復(fù)雜，IC廠商提供了許多集成 RC濾波器IC，這些RC、運(yùn)放等元件集成在芯片內(nèi)部，從而使設(shè)計(jì)和調(diào)試都比較簡單。實(shí)際RC有源濾波器無法完全地實(shí)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(shí)的對應(yīng)頻率，因而通帶寬度又稱-3dB帶寬(-3dB=20lg(1/√2))。

　　實(shí)際濾波器在以下3個(gè)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(nèi)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(nèi)，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(chǎn)生相移，要求相移盡量與頻率成線性關(guān)系。

　　上述3項(xiàng)要求對濾波器電路的實(shí)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(nèi)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?yàn)V波器(Chebyshev)

　　通帶內(nèi)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(jié)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(gè)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(jià)格越高。在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，根據(jù)具體的要求選擇濾波器的形式、階數(shù)。