每個模擬設計師的噩夢都是處理電路中的噪聲。當涉及到開關電路或音頻放大器或頻率信號電路時，電路很可能會受到噪聲信號的影響。在從電路中去除噪聲的許多方法中，最常用的一種稱為濾波器電路。顧名思義，該電路將從實際信號中濾除不需要的信號（噪聲）。濾波器電路有很多種，但最常用和最有效的一種是帶通濾波器，它可以使用一對電阻器和電容器輕松構建。因此，在本教程中，我們將了解此帶通濾波器、其背后的理論以及如何在實際電路中使用它。

什么是帶通濾波器？

帶通濾波器電路/設備用于僅允許一組預定義的頻率通過它。它將過濾掉所有低于設定值和高于設定值的頻率。它是高通濾波器和低通濾波器的組合。只允許高于它的頻率的濾波器稱為高通濾波器，只允許低于它的頻率的濾波器稱為低通濾波器。可以通過級聯高通和低通濾波器來獲得帶通濾波器。它在音頻放大器電路和無線收發器中有著巨大的應用，揚聲器必須只播放所需的一組頻率而忽略其余部分。

有兩種類型的帶通濾波器。如果電路涉及某種外部電源（有源器件），如晶體管等，則該電路稱為有源帶通濾波器，如果電路不涉及任何有源元件且僅由電阻器、電容器和電感器等無源元件組成，則該電路稱為無源帶通濾波器。在本文中，我們將詳細討論無源帶通濾波器。除此分類外，本文將簡要介紹過濾器可以分類的其他方面。

帶通濾波器電路

如前所述，我們將討論使用電阻器和電容器構造的無源帶通濾波器。它是高通濾波器和低通濾波器的組合。一個簡單的無源帶通濾波器的示例電路圖如下所示。

電路的前半部分是一個高通濾波器，它過濾低頻并只允許高于設置的高截止頻率（fc HIGH）的頻率。這個高截止頻率的值可以使用公式計算

fc高= 1 / 2 π*R1*C1

電路的后半部分是低通濾波器電路，它過濾較高的頻率，只允許低于設定的低截止頻率（fc LOW）的頻率。可以使用公式計算低截止頻率的值

fc低= 1 / 2 π*R2*C2

這種類型的濾波器電路被稱為二階濾波器，因為它有兩個電阻器和兩個電容器。帶通濾波器可以是二階濾波器或更高階濾波器，因為電路的正常運行至少需要兩個電阻器和電容器。現在，當向該濾波器提供輸入信號頻率時，它會輸出高于 fc LOW 且低于 fc HIGH 的頻率。換句話說，輸出頻率可以由fc HIGH- fc LOW給出，位于該區域之間的頻率稱為帶寬。因此，濾波器的帶寬可以計算為

帶寬 = fc HIGH- fc LOW

帶通濾波器的頻率響應

2階無源帶通濾波器的頻率響應又名波特圖曲線如下所示。

該圖是針對 X 軸的輸入頻率和 Y 軸的輸出分貝繪制的。當輸入頻率小于較低的截止頻率（f-low）時，輸出保持小于-3dB，當超過該頻率時，輸出達到最大值并保持在那里，直到頻率超過較高的截止頻率（f-高）。輸出增益保持最大的峰值稱為諧振頻率。它只是上限較高截止頻率和較低截止頻率的幾何平均值。計算公式如下

諧振頻率 （Fr） = √（f - 低 * f - 高）

較低截止頻率和較高截止頻率之間的距離稱為帶寬。因此，只有在帶寬限制范圍內，才允許輸入頻率通過。

帶通濾波器的實際例子

讓我們構建一個簡單的帶通濾波器來濾除一組頻率并檢查它的實際工作原理。我在本教程中使用的實驗設置如下所示

如您所見，高通濾波器是使用電容器 0.1uF （C1） 和電阻器 1K （R1） 構成的。因此，該電路的較高截止頻率將是

fc高= 1 / 2π*R1*C1

= 1/（2*3.17*1*10^3*0.1*10^-6）

=1577 赫茲

低通濾波器由電容器 470pF （C2） 和電阻器 87K （R2） 構成。該電路的下限截止頻率可以計算如下

fc低= 1 / 2π*R2*C2

= 1/（2*3.14*8.7*10^3*470*10^-12）

=7280赫茲

從上面的計算我們可以推斷出電路將只允許 1577 Hz 到 7280 HZ 范圍內的頻率，任何小于或大于此的頻率都將被我們的帶通濾波器濾除。讓我們通過在面包板上構建電路來檢查是否相同。我的測試設置如下所示

為了測試電路，我們需要一個函數發生器來產生頻率可以控制的信號頻率。因為我沒有，所以我決定使用我的手機，它有一個安卓應用程序，可以通過我的 3.5 毫米耳機插孔生成所需的頻率。然后使用如上所示的插孔將該信號作為輸入頻率提供給電路。

為了檢查我使用示波器測量輸入信號頻率的應用程序的依賴性，發現生成頻率很容易。下圖顯示了我手機上的應用程序，它產生大約 4，819 Hz 的輸入頻率，連接到它的示波器顯示信號并測量 4.816 KHz 的頻率，這是完美的。

現在，我們可以將示波器連接到電路的輸出信號并改變輸入頻率。該電路將允許在 1500 到 7000 之間的所有頻率顯示在示波器上，而其他頻率將被過濾掉或產生噪音。另請記住，該電路僅用于理解目的，因此在實際應用之前需要進行改進。此外，由于電路是在面包板上構建的，因此輸出信號可能會吸收一些噪聲，請將電容器盡可能靠近并減少其引線的長度以減少問題。