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  • 低通濾波器設計指南

  • 2019-12-13 15:33 2907

導語

濾波器可以定義為:它是一種用于重塑,修改和阻斷所有不需要的頻率的電路。通常,在低頻(<100 kHz)應用中,無源濾波器使用電阻和電容組成。因此它被稱為無源RC濾波器。同樣,對于高頻(> 100 kHz)信號,無源濾波器可以設計為電阻 - 電感 - 電容組合。因此,這些電路被稱為無源RLC電路。通常使用三種濾波器設計:低通濾波器,高通濾波器和帶通濾波器,本文討論低通濾波器。


1、什么是低通濾波器


低通濾波器(LPF) 的定義是一種用于傳遞低頻信號,衰減高頻信號的濾波器。低通濾波器的頻率響應主要取決于低通濾波器的設計,以下是各型LPF介紹。


2、一階低通濾波器


圖中顯示了一階LPF,請注意,積分器是LPF的基本構建塊。


  


圖:一階低通濾波器


低通濾波器傳遞函數是:輸出與頻率成反比減小(衰減)。如果頻率加倍輸出是一半(每增加一倍頻率為-6 dB)。


3、二階低通濾波器


如下圖所示為二階低通濾波器。




  

圖:二階低通濾波器



輸出與頻率的平方成反比地減小(衰減),如果頻率加倍輸出。( - 每增加一倍頻率為12 dB)。


4、采用運算放大器的低通濾波器

運算放大器的反饋環路可以與濾波器的基本元件結合使用,因此,通過使用除電感器之外的所需組件,可以輕松形成高性能LPF


5、采用運算放大器的一階有源LPF電路

單極有源低通濾波器如下所示。使用運算放大器的低通濾波器電路在反饋電阻兩端使用電容。當頻率增加以增強反饋電平,電容器的無功阻抗下降時,該電路具有更好的效果。


  

圖:采用運算放大器的一階低通濾波器



可以通過處理電容的電抗等于電阻的頻率來完成該濾波器的計算。這可以通過使用以下公式獲得。


  

其中:Xc是以歐姆為單位的容抗;

π是標準字母,其值為3.142

f是頻率(單位-Hz);

C是電容(Units-Farads)。

通過消除電容器的影響,可以以簡單的方式計算這些電路的帶內增益。


由于這些類型的電路有助于降低高頻增益,并且為每個倍頻程提供-6 dB的衰減,因此,這種濾波器被稱為一階或單極低通濾波器


6、采用運算放大器的二階有源LPT電路


通過使用運算放大器,可以設計具有不同增益水平的寬范圍濾波器以及衰減模型。



  

圖:采用運算放大器的二階有源LPF電路


其中:


  



在選擇值時,請確保電阻值在10千歐姆至100千歐姆的范圍內。


7、低通濾波計算器


對于RC 低通濾波器電路,通過計算交叉頻率并繪制相應的圖譜,其被稱為波特圖。

例如:如果我們知道電路中電阻和電容的值,則可以使用以下公式計算低通濾波器傳遞函數。


  


計算給定電阻的頻率值以及電容值:


  

  

圖:LPF波形



8、低通濾波器應用


低通濾波器的應用包括:


·     a、低通濾波器用于電話系統,用于將揚聲器中的音頻頻率轉換為帶限語音頻帶信號。

·     b、LPF用于過濾來自電路的高頻信號,稱為噪聲,當信號通過該濾波器時,大部分高頻信號被消。

·     c、圖像處理中的低通濾波器用于增強圖像。

·     d、有時這些濾波器由于音頻應用。

·     e、低通濾波器用于RC電路,RC電路稱為RC低通濾波器。

·     f、LPF用作RC電路的積分器。

·     g、在多速率DSP中,在執行內插器時,LPF用作反成像濾波器。類似地,當執行抽取器時,該濾波器用作抗混疊濾波器。

·     h、低通濾波器用于來自人體的醫療設備的信號,而使用電極的測試頻率較低。因此,這些信號可以流過LPF,以消除一些不需要的環境聲音。

·     i、這些濾波器用于轉換占空比幅度以及鎖相環中的相位檢測。

·     j、LPF在AM無線電中用于二極管檢測器,以將AM調制的中頻信號改變為音頻信號。




濾波器-在售常用型號


立創商城商品編號 品牌/廠商 廠家型號 描述
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SAYEY2G53CA0F0AR00
SAW濾波器
C117570
SEMTECH
ECLAMP2378P.TCT EMI/RFI 濾波器
C333868
muRata(村田)
SFECV10M7KA00-R0
陶瓷濾波器
C96589

muRata(村田)

NFM18CC222R1C3D
饋通式電容器
C155443
3PEAK
TPF1341-VR
視頻濾波驅動

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