無源濾波器

無源濾波器不包含任何放大元件，僅由電阻器、電容器和電感器（無源元件）組成。這些濾波器不會從外部電池電源獲取任何額外的電力。電容器將允許高頻信號，電感器允許低頻信號。同樣，電感器限制高頻信號的流動，電容器限制低頻信號。在這些濾波器中，輸出信號幅度總是小于施加的輸入信號的幅度。無源濾波器的增益總是小于單位。這表明這些無源濾波器無法改善信號的增益。因此，濾波器的特性會受到負(fù)載阻抗的影響。這些濾波器也可以在接近500 MHz的更高頻率范圍內(nèi)工作。

有源濾波器

有源濾波器的一些優(yōu)點(diǎn)

• 運(yùn)算放大器、電阻器、電容器、晶體管和FET的組合形成了一個(gè)集成電路，從而減小了濾波器的尺寸和重量。
• 運(yùn)算放大器的增益可以很容易地以閉環(huán)形式控制。由于這個(gè)原因，輸入信號不受限制。
• 這些適用于巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器和考爾濾波器。

有源濾波器的主要缺點(diǎn)是工作頻率范圍較小。在許多應(yīng)用中，有源濾波器的工作頻率范圍僅最大化到500 kHz。有源濾波器必須需要直流電源。與無源濾波器相比，這些有源濾波器更敏感。即使由于環(huán)境變化，輸出也可能受到干擾。

濾波器是一個(gè)敏感電路，其中輸出分量只是頻率項(xiàng)。為了分析濾波器電路，頻域表示是最好的。此表示形式如下所示。

濾波器M的幅度稱為濾波器的增益。幅度通常以dB表示為20log （M）。

濾波器的一個(gè)重要特性是截止頻率。它被定義為在頻率響應(yīng)中分隔通帶和阻帶的頻率。通帶是濾波器允許的頻率范圍，沒有任何衰減。阻帶定義為濾波器不允許的頻率頻帶。

濾波器根據(jù)它們允許通過它們的信號頻率進(jìn)行分類。有四種類型的濾波器，它們是低通濾波器，帶通濾波器，高通濾波器和帶阻濾波器。由于使用了高速運(yùn)算放大器和元件的近似值，理想響應(yīng)和實(shí)際響應(yīng)的特性幾乎相等。

低通濾波器

低通濾波器將傳遞小于截止頻率“fc”的頻率信號。實(shí)際上，即使在截止頻率范圍之后，一小部分頻率也會通過。濾波器的增益取決于頻率。如果輸入信號頻率增加，則濾波器的增益減小。在過渡帶結(jié)束時(shí)，增益變?yōu)榱恪Ｈ缦滤尽?/p>

其中虛線表示理想的濾波器特性，連續(xù)線表示實(shí)際的濾波器特性。

低通濾波器的應(yīng)用是在各種類型的揚(yáng)聲器中的音響系統(tǒng)中。為了阻擋諧波發(fā)射，這些低通濾波器用于無線電發(fā)射器。這些也用于電話用戶線路中的DSL分配器。

高通濾波器

它們將在截止頻率“fc”之后通過頻率。在實(shí)際情況下，濾波器允許低于截止范圍的頻率可以忽略不計(jì)。如下所示。

高通濾波器與低通濾波器的組合形成帶通濾波器。高通濾波器的應(yīng)用是射頻電路，也用于DSL分路器。

帶通濾波器

濾波器本身的名稱表明它只允許某個(gè)頻段的頻率并阻止所有剩余的頻率。帶通濾波器的上限和下限取決于濾波器設(shè)計(jì)。帶通濾波器的實(shí)用和理想特性如下所示。

帶通濾波器的應(yīng)用是發(fā)射器和接收器電路。這些主要用于計(jì)算接收器電路的靈敏度和優(yōu)化信噪比。

帶阻濾波器

這些也稱為帶阻或帶消除濾波器。這些濾波器僅停止特定頻段的頻率，并允許所有其他頻率。濾波器的頻率限制取決于濾波器設(shè)計(jì)。虛線表示理想情況，其中連續(xù)線表示實(shí)際情況。它有兩個(gè)通帶和一個(gè)停止帶。

帶阻濾波器的應(yīng)用是儀器放大器。

理想的濾波器頻率響應(yīng)

現(xiàn)在讓我們看看不同濾波器的理想響應(yīng)。這里 fL 表示較低的截止頻率，fH 表示較高的截止頻率。

低通濾波器的理想特性

該響應(yīng)表明，低通濾波器將允許信號達(dá)到較低的截止頻率，并停止高于較低截止頻率的頻率。

高通濾波器的理想特性

這表明高通濾波器將允許頻率大于較高截止頻率，并停止低于高截止頻率的頻率。

帶通濾波器的理想特性

此響應(yīng)表明，帶通濾波器將僅通過較低截止區(qū)域和較高截止區(qū)域之間的頻率。它停止小于較低截止頻率的頻率，并停止大于較高截止頻率的頻率。

帶阻濾波器的理想特性

上圖顯示，大于較低截止頻率的頻率和低于較高截止頻率的頻率未被處理。

容抗

當(dāng)電阻器與電容器串聯(lián)時(shí)，形成RC電路。在RC電路中，電容器將從直流電源電壓充電，當(dāng)電源電壓降低時(shí)，最終電容器也會通過降低其存儲電荷來放電。不僅在直流供電時(shí)，甚至在交流電源的情況下，電容器也會根據(jù)電源電壓電平連續(xù)充電和放電。

但是由于內(nèi)阻，通過電容器的電流會有一些衰減。這種內(nèi)阻稱為容抗。'X_C'表示容抗，測量單位為歐姆，與電阻相同。

當(dāng)容性電路中的頻率根據(jù)頻率變化量變化時(shí)，該容抗值也會發(fā)生變化。電子從一個(gè)板流向另一個(gè)板導(dǎo)致電路中的電流流動。但由于電子的運(yùn)動，頻率水平會有所不同。當(dāng)通過電容器的頻率增加時(shí)，容抗值降低，當(dāng)通過電容器的頻率降低時(shí)，容抗值增加。因此，我們可以說容抗與施加的頻率水平成反比。這表明電路中連接的電容器取決于電源頻率。這種現(xiàn)象稱為復(fù)阻抗。

容抗公式

Xc= 1/（2π1c）

其中 Xc= 容抗

π = 3.142

f = 頻率（赫茲）

c =電容單位為法拉 （F）。

容抗示例

讓我們考慮兩個(gè)頻率來觀察容抗現(xiàn)象。設(shè)f_1=1kHzandf_2=10kHz，電容c = 220nF。

在第一頻率水平

X_C= 1/2πf1c = 723.4Ω

在第二頻率級別：

X_C= 1/2πf2c= 72.34Ω

這清楚地表明，隨著頻率的增加，電抗降低。

容抗與頻率的關(guān)系

上圖顯示，大于較低截止頻率的頻率和低于較高截止頻率的頻率未被處理。

分壓器概念

我們已經(jīng)在電阻器主題中研究了分壓器概念，我們知道分壓器電路能夠產(chǎn)生輸出電壓，該輸出電壓是輸入電壓的一小部分。

V外= V在x （R2/ （R1+ R2))

在上述電路中，通過用電容器C代替電阻R2，兩個(gè)元件上的壓降隨輸入頻率而變化，因?yàn)殡娙萜鞯碾娍闺S頻率變化。現(xiàn)在，電容器兩端的輸出電壓取決于輸入頻率。利用這個(gè)概念，我們可以通過在分壓器電路中用電容器替換其中一個(gè)電阻來構(gòu)建無源低通和高通濾波器。

低通濾波器中的電容行為

對于低通濾波器，電阻R2由電容C1代替。在正常頻率下，電路如上圖所示。當(dāng)頻率為零時(shí)，電抗值非常高，幾乎等于無窮大。在這種情況下，電路充當(dāng)開路。當(dāng)頻率非常高時(shí)，電抗值達(dá)到零，電路充當(dāng)閉合電路。上圖顯示了這兩種行為。

高通濾波器中的電容行為