滤波器入门：从基础概念到实际应用

滤波器入门：从基础概念到实际应用

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/yybyybds/article/details/139867775

滤波器是电子工程中一种重要的信号处理元件，用于选择性地通过或抑制特定频率范围内的信号。本文将从滤波器的分类、性能指标、频率响应等多个维度，为您全面解析滤波器的基础知识。

滤波器分类

滤波器主要分为两大类：数字滤波器和模拟滤波器。数字滤波器通过软件算法实现，性能优于模拟滤波器。而模拟滤波器虽然性能稍逊，但价格低廉，常用于滤除低级噪声和高频噪声，是信号处理中的重要环节。

模拟滤波器的种类

• 低通滤波器：允许低频信号通过，滤除高频信号
• 高通滤波器：允许高频信号通过，滤除低频信号
• 带通滤波器：允许特定频率范围内的信号通过
• 带阻滤波器：滤除特定频率范围内的信号
• 全通滤波器：对信号的幅度不产生衰减，仅改变相位

根据是否需要电源，模拟滤波器又可分为：

• 无源滤波器：成本较低，但受负载阻抗影响较大
• 有源滤波器：不受负载阻抗影响，可以串联多级RC电路，还能对信号进行放大

滤波器性能指标

• 截止频率：指滤波器开始显著衰减信号的频率点。例如，一个5000Hz的低通滤波器会大幅衰减超过5000Hz的信号。
• 中心频率和带宽：在带通滤波器中，中心频率是带宽的中间值，带宽则表示可以通过的频率范围。
• 插入损耗：信号通过滤波器时的功率损失。
• 群时延：信号包络的传播时间延迟，通常由电容等元件引入。

频率响应

理想的滤波器在截止频率以上会将信号电压直接降至0，但实际应用中，这种衰减是一个渐进的过程。数字滤波器可以更接近理想特性，而模拟滤波器则通过增加RC级数来提高衰减斜率。

分贝概念

分贝（dB）是衡量信号放大或衰减程度的常用单位。-3dB点对应于信号功率降至50%的点，电压则降至约0.707倍。这个点是设计滤波器时的重要参考。

截止频率计算公式

设计滤波器时需要合理选择电阻（R）和电容（C）的值。R的取值不能过小，否则会增加前级负载；R也不能过大，否则会引入偏置电流误差。电容的选择同样需要平衡杂散电容的影响和高频特性。

设计注意事项

• 电阻值一般选择百欧至千欧级别
• 电容值一般选择纳法（nF）级别
• 避免使用微法（μF）级别的电解电容，因其高频特性较差

扩展知识

• 信号每经过一个滤波器，相位会延后45°
• 某些滤波器支持双向滤波，适用于通信等场景

仿真示例

通过一个同相比例放大电路的实例，展示了如何在基础运放的输入端添加RC滤波电路来实现有源滤波。通过调整输入信号的频率，可以观察到不同频率下的信号衰减情况。

总的来说，设计有源滤波器是在基础运放的输入端加上RC滤波电路。这只是入门，还有更多的滤波器比如说高阶滤波器等等

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