滤波器基本原理
滤波器基本原理
滤波器基本原理
滤波器是一种电子设备，用于改变信号的频率特性或解决信号中的干扰问题。
滤波器的基本原理是通过选择性地通过或阻断特定频率的信号来实现对信号的处理。
滤波器的工作原理可以通过频率响应来描述。
频率响应显示了滤波器对不同频率的信号的响应情况。
滤波器可以通过调整其频率响应来实现不同的滤波效果。
主要的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
低通滤波器允许低于某个截止频率的信号通过，而阻断高于该频率的信号。
高通滤波器则相反，允许高于截止频率的信号通过。
滤波器的基本构成包括电容、电感、电阻等元件。
不同的滤波器类型使用不同的元件组合，并采用不同的电路连接方式来实现滤波效果。
滤波器的应用广泛，常见于通信系统、音频设备、图像处理等领域。
通过滤波器，我们可以对信号进行去噪、频率调整、数据提取等操作，使得信号更加符合我们的需求。
有源滤波器工作原理
有源滤波器工作原理有源滤波器是一种电子滤波器，它使用有源元件（如放大器）来增强和调节滤波器的性能。
有源滤波器可以用于信号处理、音频放大和频率选择等应用中。
本文将详细介绍有源滤波器的工作原理。
1. 滤波器的基本原理滤波器是一种电路，用于选择特定频率范围内的信号，而抑制其他频率范围的信号。
滤波器通常由电容器、电感器和电阻器等被动元件构成。
被动滤波器的性能受限于元件的品质因素，如电容器的损耗和电感器的串扰等。
有源滤波器通过引入放大器来解决这些问题，提高滤波器的性能。
2. 有源滤波器的基本结构有源滤波器通常由放大器和被动滤波器组成。
放大器可以是运算放大器、差分放大器或其他类型的放大器。
被动滤波器可以是低通、高通、带通或带阻滤波器。
放大器的作用是增强输入信号的幅度，并提供所需的增益和频率响应。
3. 低通滤波器工作原理低通滤波器用于通过低于截止频率的信号，并抑制高于截止频率的信号。
有源低通滤波器的基本工作原理如下：- 输入信号经过电容耦合，进入放大器的非反相输入端。
- 放大器的输出信号通过电容耦合，反馈到放大器的反相输入端。
- 通过调整反馈电阻和电容的数值，可以改变滤波器的截止频率和增益。
- 输出信号从放大器的输出端获取。
4. 高通滤波器工作原理高通滤波器用于通过高于截止频率的信号，并抑制低于截止频率的信号。
有源高通滤波器的基本工作原理如下：- 输入信号经过电容耦合，进入放大器的非反相输入端。
- 放大器的输出信号通过电容耦合，反馈到放大器的反相输入端。
- 通过调整反馈电阻和电容的数值，可以改变滤波器的截止频率和增益。
- 输出信号从放大器的输出端获取。
5. 带通滤波器工作原理带通滤波器用于通过位于两个截止频率之间的信号，并抑制低于和高于这两个频率的信号。
有源带通滤波器的基本工作原理如下：- 输入信号经过电容耦合，进入放大器的非反相输入端。
- 放大器的输出信号经过带通滤波器，该滤波器由电容和电感构成。
- 过滤后的信号通过电容耦合，反馈到放大器的反相输入端。
滤波器的原理和应用
滤波器的原理和应用滤波器是电子领域中常见的一种电路元件，主要用于滤除信号中的不需要的频率成分，从而得到期望的频率信号。
本文将介绍滤波器的原理、分类和应用。
一、滤波器的原理滤波器的原理是基于信号的频域特性。
信号可以表示为一系列频率不同的正弦波的叠加，而滤波器的任务就是通过选择性地传递或阻断不同频率的成分来实现信号的处理。
滤波器原理的核心是滤波器的频率响应。
滤波器的频率响应描述了在不同频率下信号通过滤波器时的增益或衰减情况。
一般来说，我们将频率响应分为低频通过增益、高频通过衰减或者其他形式。
二、滤波器的分类根据滤波器的特性，我们可以将其分为以下几种主要类型：1. 低通滤波器（Low-pass Filter）：该类型滤波器能够通过低于某一截止频率的信号成分，而阻断高于该频率的信号成分。
2. 高通滤波器（High-pass Filter）：与低通滤波器相反，高通滤波器会通过高于某一截止频率的信号成分，而阻断低于该频率的信号成分。
3. 带通滤波器（Band-pass Filter）：带通滤波器可以通过中心频率区间内的信号成分，而阻断低于和高于该频率区间的信号成分。
4. 带阻滤波器（Band-stop Filter）：带阻滤波器能够阻止中心频率区间内的信号成分通过，而通过低于和高于该频率区间的信号成分。
此外，还有一些特殊类型的滤波器，如全通滤波器、陷波滤波器等，根据具体应用需求选择适合的滤波器类型。
三、滤波器的应用滤波器在电子工程中应用广泛，下面将介绍几个常见的应用领域。
1. 语音与音频处理：在语音和音频处理中，滤波器用于去除背景噪声、增加音频的清晰度和质量。
根据所需音频频率的不同成分，可以选择不同类型的滤波器。
2. 无线通信系统：滤波器在无线通信系统中用于信号的调制和解调，以及抑制乱频和干扰信号。
例如，调制解调器中的滤波器可以选择特定频率范围内的信号。
3. 音频设备和音响系统：滤波器在音频设备和音响系统中常用于音频效果处理，如均衡器（Equalizer）和声音效果器（Sound Effects Processor）。
滤波器的原理及其应用
滤波器的原理及其应用什么是滤波器？滤波器是电子领域中常用的一种电路元件，用于选择性地通过或抑制特定频率的信号。
它可以将输入信号中的某些频率成分滤除或衰减，只留下感兴趣的频率范围内的信号。
滤波器的分类滤波器根据其频率响应特性可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
下面分别介绍这四种滤波器。
1. 低通滤波器低通滤波器（Low Pass Filter，简称LPF）是一种允许低于截止频率的信号通过，同时阻隔高于截止频率的信号的滤波器。
它对低频信号有较好的通过特性，而对高频信号进行衰减。
2. 高通滤波器高通滤波器（High Pass Filter，简称HPF）是一种阻止低于截止频率的信号通过，只允许高于截止频率的信号通过的滤波器。
它对高频信号有较好的通过特性，而对低频信号进行衰减。
3. 带通滤波器带通滤波器（Band Pass Filter，简称BPF）是一种允许位于某一频带范围内的信号通过，同时阻隔低于和高于该频带范围的信号的滤波器。
4. 带阻滤波器带阻滤波器（Band Stop Filter，简称BSF）是一种阻止位于某一频带范围内的信号通过，允许低于和高于该频带范围的信号通过的滤波器。
滤波器的工作原理滤波器的工作原理可以通过电路理论来解释。
下面以低通滤波器为例介绍其工作原理。
在低通滤波器中，截止频率以上的信号被衰减，截止频率以下的信号被通过。
这是通过电路中的电容和电感元件来实现的。
具体来说，当输入信号经过滤波器电路时，电阻、电容和电感这些元件的相互作用导致不同频率的信号在电路中有不同的响应。
低频信号相对于高频信号来说具有较长的周期，所以低频信号在电容和电感上的储能和释能过程比较慢，从而通过电阻消耗的电压也较小。
而高频信号的周期较短，电容和电感上的储能和释能过程比较快，从而通过电阻消耗的电压较大。
通过合理选择电容和电感的数值，滤波器可以实现对不同频率信号的滤波效果。
滤波器的应用滤波器在电子器件和通信系统中有广泛的应用。
滤波的原理是什么
滤波的原理是什么
滤波的原理是通过改变信号的频谱特性来实现对信号的处理。
滤波器通过选择只保留特定频率范围的信号成分，或者对特定频率范围的信号成分进行衰减或消除，从而实现对信号的滤波。
滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等不同类型。
低通滤波器允许通过低于一定频率的信号成分而对高频信号成分进行衰减；高通滤波器则允许通过高于一定频率的信号成分而对低频信号成分进行衰减；带通滤波器只允许通过特定的频率范围内的信号成分，过滤掉其他频率的信号成分；带阻滤波器则是对特定频率范围的信号成分进行消除，保留其他频率的信号成分。
滤波器可以采用多种不同的实现方式，如IIR滤波器和FIR滤
波器等。
IIR滤波器采用有限数量的存储器元件和递归结构，
适合对连续时间信号进行滤波处理；FIR滤波器则采用有限数
量的存储器元件和非递归结构，适合对离散时间信号进行滤波处理。
滤波器的设计可以基于频域方法或时域方法。
频域方法包括对信号的频谱进行变换，并在频域对滤波器进行设计；时域方法则直接对信号的时域表示进行处理，通常会采用窗函数的方式进行滤波器设计。
总之，滤波的原理是通过对信号的频谱进行选择性的变换和处理，从而达到对信号的滤波效果。
滤波器可以根据不同的需求
选择合适的滤波器类型和设计方法，以实现对信号的滤波和处理。
滤波器基本原理
| c
滤波器的Q值比实际阻抗和导纳容易测量，带通和带阻滤波器的 阻抗或导纳可用Q来计算。 （课本 P145）
1 Q IL 10log( 2 ) 1 Gin QLD / Q 0 归一化频率偏差 0
2 2 LD 2 E
2
2 2 QLD / QE 1 2 1 2QLD LF
10 0.8196 1.4369 1.8192 1.7311 1.9362 1.7590 1.9055 1.6527 1.5817 0.7446 1.1007
最大平坦等群时延（贝塞尔）滤波器
最大平坦群时延滤波器的时延特性很好，逼近于线 性，元件特性采用贝塞尔函数逼近。 这类滤波器低通原型的电路元件不对称，其元件值 如下所示。
相移（phase shift） 当信号经过滤波器引起的相移 群时延（Group delay） 任何离散信号经过滤波器的时延（ns） 微分时延（differential delay） 两特定频率点群时延之差，单位：ns
其他指标：
寄生通带
由元件的周期性特性引起，应使寄生通带远离通带频率范围
gn
gn ＋ 1
或
gn ＋ 1
(b )
巴特沃斯滤波器
衰减曲线中没有任何波纹，又称为最大平滑滤波器。 对于低通滤波器，其插入损耗可由损耗因数确定：
IL 10 log(1 Gin ) 10 log( LF ) 10 log{1 2 2 N }
Ω是归一化频率， N是滤波器的阶数， 通常α＝1 当Ω＝1时，IL=3dB 随着N的增加，滤波器特性变得陡峭
RF Circuit Design: Theory and Application
福州大学通信工程系 许志猛
滤波器的基本原理
滤波器的基本原理
1. 信号的频域分析
连续信号可以用傅里叶分析解析为不同频率的正弦组分之和。
2. 电路的频域响应
电路对不同频率输入信号的响应也不相同,可以用频域响应函数表示。
3. 频域选择
滤波器根据设计,选择让特定频率信号通过,阻挡不需要的频率。
4. 电容电感频率选择性
电容电感会针对不同频率产生不同的阻抗,从而实现频率选择。
5. 串联和并联谐振
电路的串联和并联谐振可产生频域的峰值或零点,实现滤波。
6. 常见滤波器电路
低通、高通、带通、带阻等常见滤波电路,可逐一实现不同需求。
7.无源和主动滤波器
无源滤波器用电容电感实现;主动滤波增加放大器实现更佳性能。
8. 模拟和数字滤波器
模拟滤波器用模拟电路实现;数字滤波采用数学算法在数字信号处理器上实现。
9. 滤波器设计方法
采用频率响应映射、插入损耗法等设计滤波电路的参数。
10. 应用领域
信号滤波应用广泛,如音频处理、电力系统、通信等领域。
滤波器通过对信号进行频率选择,滤除不需要的频率分量,把有用的频率信号提取出来,在信号处理中起着关键作用。
滤波器原理简介
谐振器模型（过滤单元）
左图为单个谐振腔的电场模型及其等 效电路原理图。
图为不带圆盘的谐振杆的圆腔谐振器， 谐振杆顶部与盖板形成的电容，可以 理解成等效电路中的端接电容。
等效电路中的谐振频率计算公式为：
f 1 2 LC
为谐振杆加入圆盘，相当于 加大了端接电容，圆盘越大，电 容越大，谐振频率越低；
图为三种传输零点的响应。 传输零点可以增加相应频点的S12衰减。飞杆越强，则零点越靠近通带；飞 杆越弱，则零点越远离通带。
双工器介绍
典型双工器模型
双工器由一个接收端滤波器和一个发射端 滤波器组成，实现收/发共用； 高/低端滤波器可以是带通、带阻、低通、 高通滤波器； 可以由各种谐振器滤波器组合； 最常见的是同轴谐振器带通滤波器组成的 双工器； 详细的介绍可以参考滤波器的介绍
头设计，会导致输入能量较
b
多被反射，S11较大，驻波调
不下来，通带插损增大。
c
➢ 金属同轴滤波器的电耦合方式有两种，一种是探针耦合（b），一 种是直接馈电耦合（a）。
➢ 对于a中抽头，通过壁电流直接馈电，可以适用于带宽较宽的情况 ，结构稳定性好，是最常用的一种抽头方式。
➢ 对于b中的探针馈电方式，通过电场使得外部电路和第一个谐振腔 进行耦合，可以适用于窄带情况下，结构稳定性不好，不常用。
一、双工器在基站中的作用
双工器在基站中的 作用是将发射和接 收信号相隔离，保 证接收和发射都能 同时正常工作.它是 由两组不同频率的 带通滤波器组成， 避免发射信号对接 收信号进行干扰。
二、滤波器原理简介
滤波器是通信工程中常用的重要器件，它对信号具有 频率选择性，在通信系统中通过或阻断、分开或合成 某些频率的信号。
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R,C,L串联可以搭建二阶带通滤波器等等。
个小电容并联。
也可以采用RC滤波的方式来实现电源的稳定，最好不要在电路板电源的根部采用RC滤波，而是在需要电源形成很大的压降，导致输出电压变小，而在芯片根处采用RC滤波，一般芯片的工作电流在几十mA，这时R的选择余地会比较大，而且滤波效果较好。
LC滤波我不经常使用，不是很了解，不知道大家的理解如何。
最近使用了美信的可编程滤波器和引脚可配置滤波器，它们采用都是开关电容滤波器。
右边时，电容器C1向电压源u2放电。
当开关以高于信号的频率fc工作时,使C1在u1和u2的两个电压节点之间交替换接,那么C1在u1、u2之间传递的电荷可形成平均电流I=fC1(u1－u2)，相当于图1a的u1和u2之间接入了一个等效电阻,其值为1/fC1。
推导是这样的：在信号源向电容充电时Q=C1*U,然后这个电流供给运放使用，因此平均电流为I=C1*U/T,如果T足够短，可以近似认为这个过程是连续的，因而可以在两节点间定义一个等效电路Req=U/I=T/C1=1/f*C1。
这个电路的等效时间常数就是τ=RC2=C2/f*C1.我开始使用的是MAX274，这款开关电容滤波器是通过改变引脚的电阻值来改变中心频率f0，增益G，带宽Q。
它不需要外接时钟信号来提供开关频率用，估计是采用了内部RC振荡电路。
设计MAX274是美信官网上有个辅助软件，把所需的参数输进去，会自动计算出各个电阻的阻值，实践发现即使自己搭电路的阻值取得跟软件计算出的阻值有一点差别，中心频率等差别也不会很大。
后来觉得274改变参数太麻烦，采用了另外一款开关电容滤波器MAX262，这是个引脚可编程滤波器，使用起来非常方便，需要外接时钟信号提供f。
这样的好处是开关频率非常稳，使得中心频率也能够做到跟设定值1%的误差。
使用MAX262也有个辅助软件，但我觉得这个软件计算的MAX262的参数值是错的，还是以数据手册为准！使用MAX262也很方便，就是往寄存器里写入几个值（应该是ROM型，掉电不丢失），通过给定的时钟频率，然后除以想要的中心频率，得出的N值写出寄存器就可以了，N通过查表可以得到，这样可以设定F0.同时可以设定Q，Q对应的也有N值，写到对应的寄存器里。
Q值一方面是带宽，另一方面也等于放大倍数。
只要时序正确，写入数据也不困难。
在使用中也遇到了一些问题：这就是像这些滤波器的增益千万不要调的太大，比如1000倍，因为这时候当输入引脚有噪声存在时，噪声中肯定有你设定的中心频率F0的分量，由于滤波器的优异性能，它会把噪声里的F0分量给放大出来到输出端，导致有效信号反而无法检测，这也是使用过程中应该留意的！电源设计小贴士3：阻尼输入滤波器(第一部分)2009年01月16日10:01 虞美人分享关键词：电源设计 , 滤波器 , 阻尼开关调节器通常优于线性调节器，因为它们更高效，而开关拓扑结构则十分依赖输入滤波器。
这种电路元件与电源的典型负动态阻抗相结合，可以诱发振荡问题。
本文将阐述如何避免此类问题的出现。
一般而言，所有的电源都在一个给定输入范围保持其效率。
因此，输入功率或多或少地与输入电压水平保持恒定。
图 1 显示的是一个开关电源的特征。
随着电压的下降，电流不断上升。
图 1 开关电源表现出的负阻抗负输入阻抗电压-电流线呈现出一定的斜率，其从本质上定义了电源的动态阻抗。
这根线的斜率等于负输入电压除以输入电流。
也就是说，由Pin = V • I，可以得出 V = Pin/I；并由此可得 dV/dI = –Pin/I2 或dV/dI ≈ –V/I。
该近似值有些过于简单，因为控制环路影响了输入阻抗的频率响应。
但是很多时候，当涉及电流模式控制时这种简单近似值就已足够了。
为什么需要输入滤波器开关调节器输入电流为非连续电流，并且在输入电流得不到滤波的情况下其会中断系统的运行。
大多数电源系统都集成了一个如图 2 所示类型的滤波器。
电容为功率级的开关电流提供了一个低阻抗，而电感则为电容上的纹波电压提供了一个高阻抗。
该滤波器的高阻抗使流入源极的开关电流最小化。
在低频率时，该滤波器的源极阻抗等于电感阻抗。
在您升高频率的同时，电感阻抗也随之增加。
在极高频率时，输出电容分流阻抗。
在中间频率时，电感和电容实质上就形成了一种并联谐振电路，从而使电源阻抗变高，呈现出较高的电阻。
大多数情况下，峰值电源阻抗可以通过首先确定滤波器 (Zo) 的特性阻抗来估算得出，而滤波器特性阻抗等于电感除以电容所得值的平方根。
这就是谐振下电感或者电容的阻抗。
接下来，对电容的等效串联电阻 (ESR) 和电感的电阻求和。
这样便得到电路的 Q 值。
峰值电源阻抗大约等于 Zo 乘以电路的 Q 值。
图 2 谐振时滤波器的高阻抗和高阻性振荡但是，开关的谐振滤波器与电源负阻抗耦合后会出现问题。
图 3 显示的是在一个电压驱动串联电路中值相等、极性相反的两个电阻。
这种情况下，输出电压趋向于无穷大。
当您获得由谐振输入滤波器等效电阻所提供电源的负电阻时，您也就会面临一个类似的电源系统情况；这时，电路往往就会出现振荡。
图 3 与其负阻抗耦合的开关谐振滤波器可引起不必要的振荡设计稳定电源系统的秘诀是保证系统电源阻抗始终大大小于电源的输入阻抗。
我们需要在最小输入电压和最大负载（即最低输入阻抗）状态下达到这一目标。
在电源设计小贴士 4中，我们将讨论控制电源阻抗的一些实用方法。
阻抗应至少比开关调节器的输入阻抗低6dB，作为最小化振荡概率的安全裕度。
述了一种控制这种阻抗的方法，其将串联电阻(RD) 和电容(CD) 与输入滤波器并联放置。
利用一个跨接CO 的电阻，可以阻尼滤波器。
但是，在大多数情况下，这样做会导致功率损耗过高。
另一种方法是在滤波器电感的两端添加一个串联连接的电感和电阻。
图 1 CD 和RD 阻尼输出滤波器源极阻抗选择阻尼电阻器的输出阻抗。
红色曲线表示过大的阻尼电阻。
请思考一下极端的情况，如果阻尼电阻器开启，那么峰值可能会非常的高，且仅由CO 和LO 来设定。
蓝色曲线表示阻尼电阻过低。
如果电阻被短路，则谐振可由两个电容和电感的并联组合共同设置。
绿色曲线代表最佳阻尼值。
利用一些包含闭型解的计算方法（见参考文献1）就可以很轻松地得到该值。
图 2 在给定CD-CO 比的情况下，有一个最佳阻尼电阻选择组件在选择阻尼组件时，图3 非常有用。
该图是通过使用RD Middlebrook 建立的闭型解得到的。
横坐标为阻尼滤波器输出阻抗与未阻尼滤波器典型阻抗(ZO = (LO/CO)1/2) 的比。
纵坐标值有两个：阻尼电容与滤波器电容(N) 的比；以及阻尼电阻同该典型阻抗的比。
利用该图，首先根据电路要求来选择LO 和CO，从而得到ZO。
随后，将最小电源输入阻抗除以二，得到您的最大输入滤波器源极阻抗(6dB)。
最小电源输入阻抗等于Vinmin2/Pmax。
只需读取阻尼电容与滤波器电容的比以及阻尼电阻与典型阻抗的比, 您便可以计算得到一个横坐标值。
例如，一个具有10μH 电感和10μH 电容的滤波器具有Zo = (10μH/10 μF)1/2 = 1 Ohm 的典型阻抗。
如果它正对一个12V 最小输入的12W 电源进行滤波，那么该电源输入阻抗将为Z = V2/P = 122/12 = 12 Ohms。
这样，最大源极阻抗应等于该值的二分之一，也即6 Ohms。
现在，在6/1 = 6 的X 轴上输入该图，那么，CD/CO = 0.1，即1 μF，同时RD/ZO = 3，也即3 Ohms。
图 3 选取LO 和CO 后，便可从最大允许源极阻抗范围内选择CD 和RD。
在“电源设计小贴士5”中，我们将讨论降压—升压电源中降压控制器的使用。
1、传导耦合导线经过有干扰的环境，即拾取干扰信号并经导线传导到电路而造成对电路的干扰，称为传导耦合，或者叫直接耦合。
在音频和低频的时候由于电源线、接地导体、电缆的屏蔽层呈现低阻抗，故电流注入这些导体时容易传播，当噪声传导到其他敏感电路的时候，就能产生干扰作用。
在高频的时候：导体的电杆和电容将不容忽视，感抗随着频率的增加而增加，容抗随着频率的增加而减小。
解决方法:防止导线的感应噪声，即采用适当的屏蔽和将导线分离，或者在骚扰进入明暗电路之前，用滤波的方法将其从导线中除去；2、共阻抗耦合当两个电路的电流经过一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路。
3、感应耦合a。
电感应耦合---容性干扰电路的端口电压会导致干扰回路中的电荷分布，这些电荷产生的电场，得以部分会被敏感电路拾取，当电场随时间变化，敏感回路中的时变感应电荷就会在回路中形成感应电流，这种叫做电感应容性耦合。
解决方法：减小敏感电路的电阻值，改变导线本身的方向性屏蔽或者分隔来实现。
b。
磁感应耦合干扰回路中的电流产生的磁通密度的一部分会被其他回路拾取，当磁通密度随时间变化是就会在敏感回路中出现感应电压，这种回路之间的耦合叫做磁感应耦合。
主要形式：线圈和变压器耦合、平行双线间的耦合等。
铁心损耗常常使得变压器的作用类似于抑制高频干扰的低通滤波器。
平行线间的耦合是磁感应耦合的主要形式要想减少干扰，必须尽量减少两导线之间的互感。
4、辐射耦合辐射源向自由空间传播电磁波，感应电路的两根导线就像天线一样，接受电磁波，形成干扰耦合。
干扰源距离敏感电路比较近的时候，如果辐射源有低电压大电流，则磁场起主要作用；如果干扰源有高电压小电流，则电场起主要作用。
对于辐射形成的干扰，主要采用屏蔽技术来抑制干扰。