主动式滤波器简介
滤波器基本知识介绍
按所采用的元器件
按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种. 无源滤波器 无源滤波器仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器它是 利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成 的.这类滤波器的优点是：电路比较简单,不需要直流电源供 电,可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗,负载效应 比较明显,使用电感元件时容易引起电磁感应,当电感L较大 时滤波器的体积和重量都比较大,在低频域不适用.
滤波器设计
滤波器特性可以用其频率响应来描述,按其特性的不同, 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. 用来说明滤波器性能的技术指标主要有： 中心频率f0,即工作频带的中心頻率 带宽BW 通带衰减,即通带内的最大衰减 阻带衰减 最小插入衰减. 现代滤波器设计,多是采用滤波器变换的方法加以实现. 主要是通过对低通原型滤波器进行频率变换与阻抗变换,来 得到新的目标滤波器.
数字滤波器特性(1)
数字滤波器具有比模拟滤波器更无法达到的性能。 数字滤波器相比模拟滤波器有更高的信噪比.这主要是因为 数字滤波器是以数字器件执行运算,从而避免了模拟电路中 噪声（如电阻热噪声）的影响。 数字滤波器还具有模拟滤波器不能比拟的可靠性。组成模 拟滤波器的电子元件的电路特性会随着时间、温度、电压的 变化而漂移，而数字电路就没有这种问题。
图2 不同的滤波器适应的频率范围
常用滤波器的特点介绍
SAW的工作频率最高.陶瓷滤波器最低；
晶体滤波器的相对带宽最窄,而SAW可窄可宽； 均有一定的插入损耗,特别是多级级联实现良好的矩形系
数要求是,插入损耗会更大. 使用这些滤波器时需要注意的是： 所有的这些滤波器特性,均是在输入输出匹配的条件下测得 的,因此使用时必须注意滤波器的前后的阻抗匹配. 滤波器有一定的插入损耗,它与放大器相连时若放在放大器 前面,先滤波后放大,有利于清除干扰,但不利于整机的噪声 性能.若放在放大器后面,有利于提高噪声性能,但干扰也被 放大,特别是强干扰会引起一系列的失真.一般需要具体问题 具体考虑.
滤波器基本知识介绍
contents
目录
• 滤波器概述 • 滤波器的工作原理 • 常见滤波器类型 • 滤波器的设计 • 滤波器的应用 • 滤波器的发展趋势与未来展望
01
滤波器概述
滤波器的定义
01
滤波器是一种电子设备，用于将 输入信号中的特定频率成分提取 或抑Biblioteka ，从而改变信号的频谱。02
滤波器通常由电感器和电容器组 成的网络构成，通过调整元件的 参数和连接方式，可以实现对不 同频率信号的选择性处理。
滤波器的传递函数可以通过系统的差分方程来计算，也可以 通过系统的状态方程来计算。传递函数的特性决定了滤波器 的性能和行为，因此在进行滤波器设计时，需要仔细考虑传 递函数的特性，以确保滤波器的性能符合要求。
03
常见滤波器类型
低通滤波器
总结词
允许低频信号通过，抑制高频信号的滤 波器
VS
详细描述
低通滤波器（Low Pass Filter, LPF）是一 种让低频信号通过而抑制高频信号的电路 或系统。其作用是降低信号中的高频噪声， 保留低频或直流分量。在频域上，低通滤 波器表现为一个下凹的频率响应曲线，其 截止频率（f0）是滤波器开始显著降低的 频率点。
带通滤波器
总结词
允许一定频率范围内的信号通过，抑制其他频率信号的滤波器
详细描述
带通滤波器（Band Pass Filter, BPF）是一种允许特定频率范围内的信号通过，抑制该范围外信号的电路或系统。 在频域上，带通滤波器表现为一个有一定带宽和中心频率的频率响应曲线。带通滤波器在通信、雷达、音频处理 等领域有广泛应用。
图像平滑
频域变换
通过滤波器降低图像中的噪声，改善 图像质量。
通过滤波器对图像进行频域变换，实 现图像压缩、加密等处理。
滤波器的各种应用介绍
滤波器的介绍
• 随着计算机技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理 ，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完 整的理论和方法。也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间 坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号 这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代 社会赖以生存的各种信息的载体。信息需要传播，靠的就是波形信号 的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境 和干扰的存在而畸变，有时，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还 很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。简 要的说，滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过 过滤而得到纯净的直流电。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，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消 除一个特定频率。
滤波器的主要分类
• 滤波器主要分为有源滤波器和无源滤波器。主要作用是让有用信号尽 可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。滤波器一般有两个 端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤 波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波 器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频 率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。 滤波器中， 把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很 大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频 率称为截止频率；滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合 的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的 涟波，而获得比较纯净的直流输出。
•
在控制系统中，使用最多的就属低通滤波器了。低通滤波器的滤波效果无 庸置疑，但是它对控制系统的负面影响也是显而易见的。低通滤波器会引起波 特图中，增益频率穿越处的相位滞后，从而减小稳定裕度，给控制系统带来不 稳定性。例如，一个双极点的低通滤波器，假设其带宽为800Hz,则输出信号的 幅值在前面几百Hz都是几乎无衰减的，直到800Hz时才衰减到70.7%;但是其相位 可以从80Hz的时候就开始快速下降了。如果一个控制系统中有多个这样的滤波 器，则几个这样的滤波器一叠加，再加上其它的延时环节，整个系统的相位裕 度就非常小了，甚至很容易达到180度的相位延时；如果整好反馈增益又为1,则 整个控制系统就彻底不稳定了（相当于正反馈）。所以在控制系统中使用滤波 器时，都是小心、谨慎，尽可能地减小相位延迟对整个闭环系统的影响。
滤波器总体概述
滤波器一、电子干扰有两种传媒途径：一种是由于工作电流的动态变化使得局部电网上电压不稳，从而影响使用本地电网的设备工作，这种干扰称为传导干扰。
另一种是设备中工作电流（电压）的动态产生变化电磁辐射，同样影响其他设备的工作，这种干扰称为辐射干扰。
二、电磁噪声（干扰）的来源有三个途径，除电力电子设备本身电流（或电压）变化引起的干扰外，还有一些自然现象（如雷电）和其他认为行（如氦爆炸等）。
三、电磁干扰的影响很大，轻则使设备的性能得不到很好的体现，重则使设备根本无法工作。
此外，电磁辐射还可能导致机密情报泄露。
四、抑制电磁干扰的有效途径是采用电源滤波器和加屏蔽装置。
屏蔽装置主要是针对辐射干扰，既防止本身电磁波外泄而造成新的干扰源，又避免受到外来辐射的干扰。
电源滤波器最基本的作用就是抑制传导干扰，有的电源滤波器也能提高对辐射干扰的抑制能力。
电源滤波器正是抑制这些“破坏性”干扰的关键器件。
电源滤波器对干扰信号具有双向抑制作用，不仅对各种来自外部的干扰进行有效衰减，而且衰减设备自身向外的干扰，从而大大提高了电力电子设备的可靠性和自身品质。
电源滤波器由LC网络组成，其工作原理是使滤波器的阻抗与干扰源的阻抗不匹配，从而使干扰信号沿干扰源近来的方向反射回去，降低干扰源的影响。
（左面电源为进线右面接设备）呈现高阻抗，而对差模信号（对称干扰电流）和电源电流呈现低阻抗，这样就能保证电源电流的衰减很小，而同时有抑制了电流的噪音。
通常L1、L2的值很小切相等，对称的绕在同一个螺旋管上，这样在正常工作电流范围内，磁性材料产生的磁场互相补偿，以免磁通饱和。
但是对于不对称干扰（共模）信号来说，这两个线圈产生的磁场是相互加强的，对外呈现的总电感明显增加大，对称干扰分量就被L1、L2和相线于零线之间的电容大大抑制了。
如果进一步衰减对称干扰，除了使用电容Cx外（由于相线于零线之间的漏电流限制，不可能使Cx很大），还可以采用非补偿扼流圈。
过上面的分析，说明电源滤波器在使用时必须安装在电源的输入端，也就是把电源滤波器串入电网和对设备供电的电源线之间。
什么是滤波器它有哪些类型
什么是滤波器它有哪些类型滤波器在电子学和通信领域中被广泛应用，它可以对信号进行滤波处理，去除杂波或频率不受需要的信号。
滤波器可以用于音频、视频、无线通信等各种应用中。
本文将介绍什么是滤波器以及它的不同类型。
一、滤波器的定义和作用滤波器是一种电子设备或电路，它可以根据特定的频率范围选择性地通过或抑制信号。
滤波器通过改变信号的频谱分布，使得滤波后的信号具备所需的频率特性。
滤波器的作用包括：1.去除信号中的噪声：滤波器可以将信号中的杂波、干扰或噪声滤除，提高信号的质量和可靠性。
2.选择性传输信号：滤波器可以选择性地通过特定频率范围内的信号，滤除其他频率的信号。
这在通信系统中很有用，可以将不同频率的信号分离开来。
3.改变信号的频率响应：滤波器可以改变信号的频率响应，例如增强或衰减某些频率分量，实现音频调音、音响效果等。
二、滤波器的常见类型滤波器根据频率响应和工作方式的不同，可以分为多个不同的类型。
下面是几种常见的滤波器类型：1.低通滤波器（Low-pass Filter）：低通滤波器具有通过低频信号而抑制高频信号的能力。
它们主要用于去除高频噪声或选择性地传递低频信号。
2.高通滤波器（High-pass Filter）：高通滤波器相反，它们具有通过高频信号而抑制低频信号的能力。
高通滤波器通常用于去除低频噪声或选择性地传递高频信号。
3.带通滤波器（Band-pass Filter）：带通滤波器是指它们能够通过特定的频率范围，只传递出该范围内的信号，而抑制其他频率的信号。
带通滤波器通常用于选择性地传输特定频率范围内的信号。
4.带阻滤波器（Band-stop Filter）：带阻滤波器与带通滤波器相反，它们能够抑制特定频率范围内的信号，而允许其他频率的信号通过。
带阻滤波器通常用于去除特定频率范围内的干扰信号。
5.陷波滤波器（Notch Filter）：陷波滤波器是一种带阻滤波器，用于抑制特定频率的信号。
它们主要用于消除频率干扰或特定频率的噪声。
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（如运算放大器）来实现滤波功能。
有源滤波器可以根据频率对信号进行选择性放大或衰减，从而实现滤波效果。
其工作原理基于运算放大器的放大和反馈原理。
有源滤波器一般由运算放大器、电容和电阻等元件组成。
运算放大器是有源滤波器的核心元件，它可以提供高增益和低失真的放大功能。
电容和电阻则用于构建滤波器的频率响应特性。
有源滤波器可以分为两种类型：主动滤波器和积分滤波器。
主动滤波器是指使用运算放大器来实现放大和滤波功能的滤波器。
积分滤波器则是指使用电容和电阻组成的积分电路来实现滤波功能的滤波器。
主动滤波器的工作原理如下：输入信号经过运算放大器的放大后，进入滤波器电路。
滤波器电路由电容和电阻组成，电容和电阻的数值可以根据需要选择。
滤波器的频率响应特性可以通过选择合适的电容和电阻数值来调整。
滤波器的输出信号经过运算放大器的放大后输出。
积分滤波器的工作原理如下：输入信号经过电阻后进入电容，电容会对信号进行积分操作。
积分操作可以使低频信号通过，而高频信号被衰减。
因此，积分滤波器可以实现低通滤波功能。
积分滤波器的输出信号经过运算放大器的放大后输出。
有源滤波器的优点是具有高增益和灵活性。
由于使用了运算放大器，有源滤波器可以实现高增益的放大功能，从而提高信号的质量。
同时，有源滤波器的频率响应特性可以通过选择合适的电容和电阻数值来调整，从而满足不同的滤波需求。
然而，有源滤波器也存在一些缺点。
首先，有源滤波器的设计和调试相对复杂，需要考虑运算放大器的失调和偏置等因素。
其次，有源滤波器的功耗较高，需要额外的电源供应。
此外，有源滤波器的频率响应特性可能受到温度和元件参数的影响。
总结起来，有源滤波器是一种利用运算放大器和电容、电阻等元件实现滤波功能的电子滤波器。
它可以根据频率对信号进行选择性放大或衰减，从而实现滤波效果。
有源滤波器具有高增益和灵活性的优点，但也存在设计复杂和功耗较高的缺点。
滤波器基本知识介绍课件
二维信号滤波器原理
图像处理
二维信号滤波器主要用于图像处 理，以改善图像的质量或提取图
像中的特定信息。
卷积与滤波
二维信号滤波器通过与图像进行卷 积来处理图像，以实现图性， 对图像中的特定方向进行增强或抑 制。此外，它们也可以在空间域内 对图像进行处理。
滤波器的主要功能是提取感兴趣的频率成分，同时抑制不需要的频率成分。它广 泛应用于通信、音频处理、图像处理、电力等领域。
滤波器的分类
根据不同的分类方法，滤波器可以分为 多种类型。常见的分类包括
4. 带阻滤波器（Notch Filter）：允许 特定频率范围以外的信号通过，抑制特 定频率范围内的信号。
滤波器的优化设计
最优准则的选择
01
最小均方误差准则（ MMSE）
该准则以最小化输出信号的均方误差 为目标，通过优化滤波器参数，使得 输出信号与期望信号之间的误差最小 。
02
最大信噪比准则（ MSNR）
该准则以最大化滤波器输出信号的信 噪比为目标，通过优化滤波器参数， 使得输出信号的信噪比最大化。
03
号处理和控制系统等领域。
基于变换域的滤波器
频域
频域滤波器是基于傅里叶变换的，它可以将时域信号转换到频域，从而更容易 地去除噪声和干扰。
小波变换域
小波变换域滤波器是基于小波变换的，它可以将信号分解成不同的频率分量， 并对每个分量进行独立的滤波处理。这种方法在信号处理中得到了广泛应用。
05
CATALOGUE
在保证滤波器稳定性的前提下，尽量减小滤波器 的参数数量。
设计过程的优化算法
梯度下降法
该算法通过计算目标函数对优化变量的梯度，并按照负梯度方向 更新优化变量的值，从而逐渐逼近最优解。
低压主动式电力滤波器
低压主动式电力滤波器随着现代电力系统的进一步发展，电力质量成为了一个越来越重要的话题。
众所周知，电力系统中存在着各种各样的电力干扰，包括谐波、间歇性的浪涌电压、断电、电流拍击、峰值扰动、闪变和电压波动等。
这些电力干扰将不但给电力质量带来影响，也会加剧电力设备的磨损，进而降低设备的寿命。
综合考虑，低压主动式电力滤波器被广泛的应用于电力网，起到非常重要的作用。
低压主动式电力滤波器是一种被提出的电力质量治理设备，其主要作用是用于滤波谐波、抑制低频电压波动、稳压控制和电流无功补偿。
该设备安装在特定的位置上，可对整个线路进行滤波处理，从而削弱电压、电流中的电力干扰，提高功率因数，从而保证电网的光滑运行。
低压主动式电力滤波器采用现代数字技术制造而成，使用可编程逻辑器件（PLC）、数字信号处理器（DSP）以及微控制器单元（MCU）等技术进行控制。
同时，它也配备了脉冲宽度调制（PWM）技术，具有高精度、高可靠性、高稳定性等优点。
由于使用了高级的智能控制技术，其具有更大的适用性和更高的准确性。
该设备的主要部分包括直流链接、逆变器、控制器和节能电路等。
其中，直流链接部分主要用于进行电压和电流的调整，以便于正常运行的逆变器。
逆变器部分主要是将直流变成交流，进行正常的工作处理。
控制器则采用现代的电子网络技术，包括模糊控制技术、神经网络技术、自适应控制技术等等，从而使得整个设备的运行更加的智能化。
在实际的工作过程中，低压主动式电力滤波器能最大限度的优化运行参数，使其能够非常快速和灵敏地对电力干扰做出响应，全面改善电力系统的质量。
在众多的电力滤波器设备中，低压主动式电力滤波器具有以下几大优点：1. 灵活性非常高。
该设备可以根据实际的质量情况进行滤波调整，能够提供精确的滤波方式，进而降低谐波的影响。
2. 处理范围广泛。
该设备可以应用于各种类型的电压和电流，包括单相电路、三相电路、工业电路、商业电路等等。
3. 经济性和效率高。
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濾波器的基本分類
濾波器的目的在通過㆒㈵定頻帶的訊號，衰減此頻帶以外的所㈲訊號。依其功 能可分「低通濾波器(low pass filter)」 、 「高通濾波器(high pass filter)」 、 「帶通濾波器 (band pass filter)」 、 「帶拒濾波器(band reject filter)」等㆕種。圖 1 為㆕種濾波器的頻率 響應圖，圖㆗橫座標為頻率(w)，縱座標為濾波器輸出電壓，實線部份為理想濾波器 的㈵性，虛線則是實際濾波器的㈵性，fc 為「截止頻率(cutoff frequency)」 、fl 為「低 位 截 止 頻率 (low pass cutoff frequency) 」 、 fh 為「高位截止頻率 (high pass cutoff frequency)」 、可通過的頻率範圍稱 「通帶(pass band)」 、被衰減的頻率範圍稱 「停帶(stop band)」 。
3
.tw/
主動式濾波器簡介
R
2 2 1 1
增益：A=1
1 截止頻率： f c = 2pRC
vout
1
vcc
2
VCC
Vin
7
R
6 6
UA741T
VEE
1
vee V-15
vcc V+ 15
C
vee
圖 2(a). ㆒階低通濾波器(單增益)
Rf Ri
1
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主動式濾波器簡介
Vout
Vout M0
通帶 停帶 頻率
停帶
通帶 fc (b)高通濾波器 頻率
fc (a)低通濾波器
Vout
Vout M0
停帶 停帶
通帶
通帶
fl fc fh (c)帶通濾波器
頻率
fl fn fh (d)帶拒濾波器
頻率
圖 1. ㆕種濾波器的頻率響應 濾波器的濾波效果好壞係指其衰減停帶頻率訊號的能力，濾波效果愈好的濾波 器，停帶訊號被衰減的幅度就愈大。以圖 2 所示的低通濾波器頻率響應圖為例，實線 表示的是理想狀態的濾波器，在通帶以外的訊號都被衰減㉃無，但現今仍無法達成， 實際情況乃是如虛線所示，以截止頻率為㆗心緩慢衰減。而不同的濾波器，衰減的幅 度也不同，主要是以階數(order)分類，階數愈高，效果愈好，但電路也愈複雜。本文 將介紹高通及、通濾波器的㆒階與㆓階之電路及帶通、帶拒的常見電路。若須要更高 階的濾波效果，只須將低階串聯即可達成，譬如㆔階可由㆒階串㆓階、㆕階可由㆓階 串㆓階…更高階可依此類推(順序並沒㈲影響)。
1 1 1 ，則 R = = = 159kW ，但由於最佳 2pCf c 2p ´ 0.001m ´ 1k 2pRC
的 R 值在 10~100kΩ之間，所以反回將 C 改為 0.01µF，R 值成為 15.9kΩ，採用 15 k Ω電阻即可(若無剛好阻值電阻，只須使用常見電阻㆗阻值最接近的電阻即可)。透過 以㆖敘述，製作出如圖 3 的濾波器，以 IsSpice 軟體模擬得知會㈲如圖 4 的濾波效果。
vcc
2
VCC
Vin
5
R.
4
R
3
UA741T
VEE
1
vee V-15
vcc V+ 15
C vee
C.
4 4 1 1
圖 2.(c) ㆓階低通濾波器(單增益)
4
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主動式濾波器簡介
Rf
2 2 1 1
增益： A =
Rf
Ri
2 2
VCC
vcc
Ri f 截止頻率： c =
vout vee V-15
+1
1 2pRC
vcc V+ 15
Vin
5
R
4
R
3
UA741T
VEE
1
1
C
vee
C
4 4 1 1
圖 2.(d) ㆓階低通濾波器(㈲限增益)
㆒階 R
– +
㆓階 Rf Ri
– +
Vout
Vin
R
R
R
C
C 2CΒιβλιοθήκη 增益：A =+1 Ri 1 截止頻率：f c = 2pRC
Rf
圖 2.(e) ㆔階低通濾波器 舉例說明：假設㈲㆒訊號 Vin 為振幅 2v、頻率 200Hz；伴隨振幅 0.4v、頻率 5kHz 的雜訊，因此要設計㆒個截止頻率為 1kHz 的單增益㆒階低通濾波器，C 採用 0.001 µF(可㉂由選擇，通常在 0.001~0.1µF 之間)，則應搭配多大的電阻 R 呢? 由圖 2(a)可知 f c =
Rf
2 2 1 1
增益： A =
+1
1 2pRC
vcc V+ 15
Ri
2 2
vcc
VCC
截止頻率： f c =
vout
1 1
Vin
7
R
6 6
UA741T
VEE
vee V-15
C
vee
圖 2.(b) ㆒階低通濾波器(㈲限增益)
R
2 2 1 1
增益：A=1 1 截止頻率： f c = 2pRC
vout
1
2
.tw/
主動式濾波器簡介
Vout Ei
通帶
圖 2. 理想與㆔種低通濾波器頻率響應的比較 以㆘所介紹的低通與高通濾波器，可分成具㈲㈲限增益和單位增益放大器兩種濾 波器。當欲掫取的訊號過於微小，A/D 轉換器無法讀取時，即可利用具㈲㈲限增益的 濾波器在濾波的同時將訊號放大；訊號足已讀取不須放大時，則使用單增益的濾波 器。同時在濾波器的介紹後，會㈲㆒個以 IsSpice 軟體製作的模擬範例，顯示此濾波 器的效能。 低通濾波器 低通濾波器的功能是使低頻訊號通過，高頻訊號衰減，㊜用於高頻雜訊之過濾。 例如溫度或流量感測器，訊號變化頻率低，即可用低通濾波器來除去如馬達產生的電 氣雜訊。 圖 2(a)(b)為㆒階低通濾波器，圖 2(c)(d)為㆓階低通濾波器，將兩者串聯即形成㆒ 個㆔階低通濾波器低通濾波器，如圖 2(e)所示。
主動式濾波器簡介
作者：陳明周(2002-09-09)，推薦：徐業良(2002-09-16)。
主動式濾波器簡介
擷取感測元件輸出之類比訊號時，常需使用「濾波器(filter)」以擷取某㈵定頻率 範圍之訊號，除去不必要之雜訊。濾波器由各種電子元件組合電路而成，可分為被動 (passive)和主動(active)兩種。被動式濾波器包含㈲電阻、電感、電容等電子元件，功 能僅在過濾雜訊；主動式濾波器除電阻、電感、電容外，還包含㈲電晶體或運算放大 器，可放大濾波後之訊號（即具㈲增益） ，且由於使用獨立電源，信號源與負載電路 隔離性較佳，本文主旨即在針對主動式濾波器作介紹。