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滤波器

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  • 发布时间:2013/9/17 11:03:50
  • 作者:量值溯源

滤波器的定义

  《GB/T 2900.1-2008 电工术语 基本术语》定义:滤波器(filter)是指按规定法则设计用来传递输入量的各频谱分量的一种线性二端口器件。通常是为了通过某些频带的频谱分量而衰减在其他一些频带内的频谱分量。

  通俗的说,滤波器是指减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件,或对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路,其功能就是根据需求获得一个特定频率或去除一个特定频率。

滤波器的特性

  滤波器理想特性 

  在通带内理想滤波器对各次频率的信号放大倍数为1,在阻带内理想滤波器对各次频率的信号放大倍为0。通带内各次频率信号通过理想滤波器后相移为 0 或相移与频率成正比。理想滤波器的特性使通带信号无失真通过,而阻带信号完全被抑制。

理想滤波器

滤波器理想特性

无源RC滤波器

(1)RC低通

RC低通

RC低通滤波器

(2)RC高通

RC高通

RC高通滤波器

有源滤器的特性与类型

  用运放和 RC元件可设计出各种有源滤波电路,称为RC有源滤波器。由运放和RC设计RC有源滤波器,设计方法和电路调试复杂,IC厂商提供了许多集成 RC滤波器IC,这些RC、运放等元件集成在芯片内部,从而使设计和调试都比较简单。实际RC有源滤波器无法完全地实现理想滤波器的特性,只能尽量逼近。

  以低通滤波器为例,滤波器的放大倍数在截止频率fc 附近随信号频率增加而以斜坡方式下降。截止频率 fc 是放大倍数下降到通带增益的1/√2时的对应频率,因而通带宽度又称-3dB带宽(-3dB=20lg(1/√2))。

  实际滤波器在以下3个方面尽可能地逼近理想滤波器: 

  (1)通带增益平坦性:在通带内滤波器对各次频率信号的放大倍数要求尽量一致。

  (2)阻带增益下降速度:在阻带内,放大倍数随频率增加要求尽量迅速下降。

  (3)相移线性度:各次频率信号通过模拟滤波器会产生相移,要求相移尽量与频率成线性关系。

  上述3项要求对滤波器电路的实现是相互牵制的,常用滤波器的特性有以下4种类型

滤波器特性椭圆滤波器
典型的滤波器

  (1) 巴特沃斯滤波器(Butterworth) 

  通带内幅频曲线平坦,阻带增益下降速度居中。相频特性非线性。

  (2) 切比雪夫滤波器(Chebyshev) 

  通带内幅频曲线有纹波,阻带增益下降速度快。相频特性非线性。

  (3) 贝塞尔滤波器(Bessel) 

  通带幅频曲线平坦性和阻带增益下降速度比较差。相频特性线性度最好。

  (4) 椭圆滤波器(Elliptic) 

  通带和阻带幅频曲线都有纹波,阻带增益下降速度最快。相频特性非线性。

  四种滤波器特性比较的结果,是在相同滤波器阶数的条件下得出的。滤波器的阶数,对于有源 RC滤波器是电路中电容C元件的个数。RC滤波器阶数越大,幅频特性越好,而相频线性越差、集成滤波 IC 价格越高。在实际的产品设计中,根据具体的要求选择滤波器的形式、阶数。

滤波器主要技术指标

  滤波器主要技术指标

  (1)滤波器类型 

  巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔、椭圆……。

  (2)滤波器阶数

  (3)低通滤波器、高通滤波器:截止频率fc

  带通滤波器:上限频率fh、下限频率fl;、中心频率f0

  品质因数Q: Q=(fh-fl)/f0

带通滤波器带阻滤波器

 

 


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