重點講解濾波器原理濾波器原理以及種類

講解濾波器原理濾波器原理以及種類濾波器原理存在一定難度，不同濾波器原理往往存在一定區(qū)別，但濾波器原理并非無法掌握。本文中，將為大家詳細(xì)講解濾波器原理，并介紹濾波器分類。基于類別，大家可更好理解濾波器原理。濾波器原理存在一定難度，不同濾波器原理往往存在一定區(qū)別，但濾波器原理并非無法掌握。本文中，將為大家詳細(xì)講解濾波器原理，并介紹濾波器分類?；陬悇e，大家可更好理解濾波器原理。濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進行頻譜分析。換句話說，凡是可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱之為濾波器。濾波的概念濾波是信號處理中的一個重要概念，濾波電路的作用是盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。一般來說，濾波分為經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。經(jīng)典濾波是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個工程概念，根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。在經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波中，濾波器模型其實是一樣的硬件方面的濾波器其實進展并不大，但現(xiàn)代濾波還加入了數(shù)字濾波的很多概念。濾波電路的原理當(dāng)流過電感的電流變化時，電感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢將阻止電流的變化。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中當(dāng)通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補償電流的減小。因此經(jīng)電感濾波后，不但負(fù)載電流及電壓的脈動減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。在電感線圈不變的情況下，負(fù)載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。只有在3時才能獲得較好的濾波效果。愈大，濾波效果愈好。濾波器的作用、將有用的信號與噪聲分離，提高信號的抗干擾性及信噪比2濾掉不感興趣的頻率成分，提高分析精度3從復(fù)雜頻率成分中分離出單一的頻率分量。理想濾波器與實際濾波器理想濾波器使通帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，阻喧內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明顯的分界線。實際濾波器理想濾波器是不存在的，在實際濾波器的幅頻特性圖中，通帶和阻帶之間應(yīng)沒有嚴(yán)格的界限。在通帶和阻帶之間存在一個過渡帶。在過渡帶內(nèi)的頻率成分不會被完全抑制，只會受到不同程度的衰減。當(dāng)然，希望過渡帶越窄越好，也就是希望對通帶外的頻率成分衰減得越快、越多越好。因此，在設(shè)計實際濾波器時，總是通過各種方法使其盡量逼近理想濾波器。1紋波幅度在一定頻率范圍內(nèi)，實際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變化，其波動幅度與幅頻特性的平均值相比，越小越好，一般應(yīng)遠(yuǎn)小于d2截止頻率幅頻特性值等于 所對應(yīng)的頻率稱為濾波器的截止頻率。以為參考值， 對應(yīng)于 點，即相對于衰減。若以信號的幅值平方表示信號功率，則所對應(yīng)的點正好是半功率點。3帶寬和品質(zhì)因數(shù)值上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬，或帶寬，單位為z帶寬決定著濾波器分離信號中相鄰頻率成分的能力——頻率分辨力。在電工學(xué)中，通常用代表諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。在二階振蕩環(huán)節(jié)中，值相當(dāng)于諧振點的幅值增益系數(shù)，W2——阻尼率）對于帶通濾波器，通常把中心頻率和帶寬之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)。例如一個中心頻率為的濾波器若其中 帶寬為 則稱其值為0值越大，表明濾波器頻率分辨力越高。、倍頻程選擇性在兩截止頻率外側(cè)，實際濾波器有一個過渡帶，這個過渡帶的幅頻曲線傾斜程度表明了幅頻特性衰減的快慢，它決定著濾波器對帶寬外頻率成分衰阻的能力。通常用倍頻程選擇性來表征。所謂倍頻程選擇性，是指在上截止頻率與之間，或者在下截止頻率與之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個倍頻程時的衰減量或倍頻程衰減量以 表示 ，倍頻程）顯然，衰減越快即值越大，濾波器的選擇性越好。對于遠(yuǎn)離截止頻率的衰減率也可用倍頻程衰減數(shù)表示之。即05濾波器因數(shù)或矩形系數(shù)濾波器因數(shù)是濾波器選擇性的另一種表示方式，它是利用濾波器幅頻特性的 帶寬與 帶寬的比值來衡量濾波器選擇性。理想濾波器，常用濾波器 ，顯然，越接近于，濾波器選擇性越好。濾波器的分類根據(jù)濾波器的選頻作用分類低通濾波器從~頻率之間，幅頻特性平直，它可以使信號中低于的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而高于的頻率成分受到極大地衰減。高通濾波器與低通濾波相反，從頻率~8,其幅頻特性平直。它使信號中高于的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而低于的頻率成分將受到極大地衰減。帶通濾波器它的通頻帶在~之間。它使信號中高于而低于的頻率成分可以不受衰減地通過，而其它成分受到衰減。帶阻濾波器與帶通濾波相反，阻帶在頻率~之間。它使信號中高于而低于的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過。低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本的形式，其它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾波器，例如：低通濾波器與高通濾波器的串聯(lián)為帶通濾波器，低通濾波器與高通濾波器的并聯(lián)為帶阻濾波器。根據(jù)“最佳逼近特性”標(biāo)準(zhǔn)分類巴特沃斯濾波器從幅頻特性提出要求，而不考慮相頻特性。巴特沃斯濾波器具有最大平坦幅度特性。切貝雪夫濾波器切貝雪夫濾波器也是從幅頻特性方面提出逼近要求的?！晔菦Q定通帶波紋大小的系數(shù)，波紋的產(chǎn)生是由于實際濾波網(wǎng)絡(luò)中含有電抗元件是第一類切貝雪夫多項式。與巴特沃斯逼近特性相比較，這種特性雖然在通帶內(nèi)有起伏，但對同樣的值在進入阻帶以后衰減更陡峭，更接近理想情況。￡值越小，通帶起伏越小，截止頻率點衰減的分貝值也越小，但進入阻帶后衰減特性變化緩慢。切貝雪夫濾波器與巴特沃斯濾波器進行比較，切貝雪夫濾波器的通帶有波紋，過渡帶輕陡直，因此，在不允許通帶內(nèi)有紋波的情況下，巴特沃斯型更可取從相頻響應(yīng)來看，巴特沃斯型要優(yōu)于切貝雪夫型，通過上面二圖比較可以看出，前者的相頻響應(yīng)更接近于直線。貝塞爾濾波器貝塞爾濾波器又稱最平時延或恒時延濾波器。其相移和頻率成正比，即為一線性關(guān)系。但是由于它的幅頻特性欠佳，而往往限制了它的應(yīng)用。按所采用的元器件分為無源和有源濾波器無源濾^波器無源濾波器僅由無源元件組成的濾波器，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)點是：電路比較簡單，不需要直流電源供電，可靠性高缺點是：通帶內(nèi)的信號有能量損耗，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應(yīng)，當(dāng)電感較大時濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。有源濾波器有源濾波器由無源元件和有源器件組成。這類濾波器的優(yōu)點是：通帶內(nèi)的信號不僅沒有能量損耗，而且還可以放大，負(fù)載效應(yīng)不明顯，多級相聯(lián)時相互影響很小，利用級聯(lián)的簡單方法很容易構(gòu)成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽缺點是：通帶范圍受有源器件的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場合不適用。按所處理的信號分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器基本原理必須利用采樣定理 進行采樣。輸入信號經(jīng)過模擬低通濾波即抗折疊濾波器 去掉輸入信號中的高頻分量。經(jīng)過平滑化的模擬信號再用于采樣。另外轉(zhuǎn)換后模擬信號要經(jīng)過平滑濾波器 進行平滑處理，該工作可用模擬低通濾波器來完成。另外，數(shù)字通信中使用的數(shù)字均衡器 也可以視作一種數(shù)字濾波器，但是用數(shù)字均衡器直接進行數(shù)字信號處理時，就不再需要圖中的轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器。所謂數(shù)字濾波器，就是把輸入序列通過一定的運算變換成輸出序列。這樣，通過系統(tǒng) 的結(jié)果是使得輸出 中不再含有的頻率部分，而使數(shù)字濾波器的主要特點：1數(shù)字濾波器對外界環(huán)境不太敏感，具有更高的可靠性。、數(shù)字濾波器可以實現(xiàn)精確的線性相位和多速率處理等模擬濾波器無法實現(xiàn)的功能。、數(shù)字濾波器只要提高字長，可以實現(xiàn)任意精度的信號處理。4數(shù)字濾波器實現(xiàn)更加靈活，并能同時進行信號的存儲。5數(shù)字處理的信號的頻域?qū)挾纫艿讲蓸勇实南拗?。?shù)字濾波器與模擬濾波器的主要區(qū)別、數(shù)字濾波器用于離散系統(tǒng)，模擬濾波器用于連續(xù)時間系統(tǒng)，也可以用在離散時間系統(tǒng)中，比如開關(guān)電容濾波器。、數(shù)字濾波器由數(shù)字乘法器、加法器和延時單元組成的一種算法或裝置。數(shù)字濾波器的功能是對輸入離散信號的數(shù)字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的。數(shù)字濾波器可用計算機軟件實現(xiàn)，也可用大規(guī)模集成數(shù)字硬件實現(xiàn)。模擬濾波器有有源和無源的，有源濾波器主要是有運放，或者跨到運放，及電阻，電容構(gòu)成。無源的濾波器主要是構(gòu)成。模擬濾波器會有電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題，而數(shù)字濾波器不存在這些問題，因而可以達到很高的穩(wěn)定度和精度。3從實現(xiàn)手段上看，模擬濾波器一般用電容，電感這些模擬器件搭建的，數(shù)字濾波器可以通過軟件或者數(shù)字芯片來實現(xiàn)。模擬濾波器參數(shù)改變時要更換電容、電感，很麻煩。數(shù)字濾波器參數(shù)改變時有時只需要修改一下系數(shù)就可以做到了如軟件實現(xiàn)時）、從技術(shù)指標(biāo)上看，舉個例子模擬濾波器要達到 就非常困難了，而數(shù)字濾波