【導(dǎo)讀】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(yīng)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(shè)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(shè)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(yīng)主要取決于低通濾波器的設(shè)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(gòu)建塊。
一階低通濾波器
低通濾波器傳遞函數(shù)是:輸出與頻率成反比減?。ㄋp)。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。
二階低通濾波器
輸出與頻率的平方成反比地減?。ㄋp),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(huán)路可以與濾波器的基本元件結(jié)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(dāng)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。
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(biāo)準(zhǔn)字母,其值為3.412;
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(nèi)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(shè)計具有不同增益水平的寬范圍濾波器以及衰減模型。
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(nèi)。
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(yīng)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(shù)。
計算給定電阻的頻率值以及電容值:
LPF波形
8 低通濾波器應(yīng)用
低通濾波器的應(yīng)用包括:
● 低通濾波器用于電話系統(tǒng),用于將揚聲器中的音頻頻率轉(zhuǎn)換為帶限語音頻帶信號。
● LPF用于過濾來自電路的高頻信號,稱為“噪聲”,當(dāng)信號通過該濾波器時,大部分高頻信號被消。
● 圖像處理中的低通濾波器用于增強圖像。
● 有時這些濾波器由于音頻應(yīng)用。
● 低通濾波器用于RC電路,RC電路稱為RC低通濾波器。
● LPF用作RC電路的積分器。
● 在多速率DSP中,在執(zhí)行內(nèi)插器時,LPF用作反成像濾波器。類似地,當(dāng)執(zhí)行抽取器時,該濾波器用作抗混疊濾波器。
● 低通濾波器用于來自人體的醫(yī)療設(shè)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(huán)境聲音。
● 這些濾波器用于轉(zhuǎn)換占空比幅度以及鎖相環(huán)中的相位檢測。
● LPF在AM無線電中用于二極管檢測器,以將AM調(diào)制的中頻信號改變?yōu)橐纛l信號。
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