今天給大家分享的是：無源模擬濾波器

在信號(hào)處理領(lǐng)域，濾波器是從波形中去除（衰減）某些頻率的元件。如下：

1、較慢的頻率1KHZ（5V幅度）

較慢的頻率1KHZ（5V幅度）

2、50kHz 頻率（1V 幅度）

50kHz 頻率（1V 幅度）

3、組合信號(hào)

組合信號(hào)

使用濾波器，我們可以獲取組合信號(hào)并再次濾除分量信號(hào)。使用濾波器的原因有很多，包括：濾除噪音，共享媒介

那么構(gòu)建無源濾波器？怎么使用無源濾波器？下面會(huì)詳細(xì)講解

一、無功組件

無功組件是根據(jù)施加到其上的頻率而表現(xiàn)不同的組件。在電子產(chǎn)品中，有2種類型的電抗元件，電容和電感，兩種組件類型都在磁場中存儲(chǔ)能量。

1、電容

電容通過在兩個(gè)極板之間建立電荷來存儲(chǔ)能量。當(dāng)電壓施加到電容時(shí)，電流就會(huì)流入電容，直到極板上的電壓與施加的電壓匹配。

在這個(gè)階段，能量存儲(chǔ)在兩個(gè)板上累積的電荷中，這些電荷通過它們之間的磁引力保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｒ坏╇娙莩潆娡戤?，電流就停止流?dòng)，直到移除施加的電壓，電流再次從電容流出。

電容

可以看到，當(dāng)電壓變化時(shí)，電流流動(dòng)，當(dāng)電壓恒定時(shí)，電流停止流動(dòng)；當(dāng)沒有電壓差時(shí)，就沒有電流流動(dòng)。

對(duì)于直流來說。電流是不可以通過電容的，因?yàn)殡娙輧蓚?cè)沒有電氣連接。但對(duì)于交流電流來說。實(shí)際上可以流過電容，作為能量通過電容內(nèi)部的磁場傳輸。

從交流角度來看，電容會(huì)阻擋較低頻率，而較高頻率可以通過。

電容

對(duì)于低頻，電容看起來像開路。對(duì)于高頻、電容看起來像短路。在這2者之間，電容看起來像一種電阻，在一定程度上對(duì)抗電流，區(qū)別在于電容不會(huì)像電阻那樣耗散能量，而是將其存儲(chǔ)在磁場中。

2、電感

電感在電感繞組周圍形成的磁場中存儲(chǔ)能量。

電感

與電容相反，電感在電壓沒有變化時(shí)允許電流流過，并反對(duì)電流和電壓的變化。電容更像是彈簧，而電感更像是飛輪。當(dāng)電壓施加到電感時(shí)，最初會(huì)阻礙電流流動(dòng)，同時(shí)在其繞組周圍建立磁場。

一旦建立磁場，直流電流就會(huì)不受阻礙地流過電感。如果你阻止電流流過電感，則磁場會(huì)產(chǎn)生電壓來保持電流流動(dòng)。

電感

對(duì)于低頻、電感看起來像短路。對(duì)于高頻、電感看起來像開路。在這2者之間，電感也看起來像一種電阻。

在一定程度上對(duì)抗電流，區(qū)別在于電感不會(huì)像電阻那樣耗散能量，而是將其存儲(chǔ)在磁場中。

對(duì)于電容和電感，有2個(gè)電抗元件，在交流頻率下表現(xiàn)相反，可以利用這些構(gòu)建濾波器。

二、分貝

在進(jìn)一步討論之前，重要的要確保我們熟悉分貝的測量的單位，分貝是對(duì)數(shù)單位，如下所示：

20dB是0 x 幅度和 100 x 功率，40dB也就是100 x 幅度和 10,000 x 功率，依次類推，使用分貝作為測量單位使我們能夠輕松處理從非常小到非常大的一系列值。

三、頻率響應(yīng)圖

頻率響應(yīng)圖或波特圖顯示了電路如何響應(yīng)一定頻率范圍，因此在濾波器設(shè)計(jì)和分析中非常有用。

四、電容高通濾波器

高通濾波器允許高頻率通過，同時(shí)衰減較低頻率。電容允許更高的頻率通過它們。因此我們可以使用其中之一來實(shí)現(xiàn)高通濾波器。

高通濾波器

從頻率響應(yīng)圖中，我們可以看到大約16k以上的頻率被通過（接近0dB的變化），而低于該頻率的衰減越來越多（100Hz的頻率將衰減-44dB）。

濾波器不會(huì)產(chǎn)生阻擋較低頻率的磚墻效應(yīng)，而是隨著頻率的降低而越來越衰減。我們可以通過組合濾波器來使下降更加尖銳，也稱為增加濾波器階數(shù)。

如下，低頻 1kHz 分量在電容之后幾乎完全從信號(hào)中去除（圖中的紅色跡線）。

1kHz 分量在電容之后幾乎完全從信號(hào)中去除

五、低頻濾波器

低通濾波器的作用與高通濾波器相反，允許較低頻率通過，同時(shí)衰減（阻止）較高頻率，將示例更改為低通濾波器，只需要將電容替換為電感。

低通濾波器的作用與高通濾波器相反，允許較低頻率通過

同樣，我們可以看到低于約 3k 的頻率被通過（接近 0dB 變化），而高于該頻率的頻率衰減得越來越多（100kHz 的頻率將衰減 -30dB）。再次注意，濾波器并不具有阻擋較高頻率的磚墻效應(yīng)，而是隨著頻率的升高而越來越衰減。同樣，我們可以通過組合濾波器來使下降更加尖銳，也稱為增加濾波器階數(shù)。

也可以使用電容構(gòu)建一個(gè)低通濾波器：

使用電容構(gòu)建一個(gè)低通濾波器

在這種情況下，高頻通過電容旁路到地，將其從信號(hào)中去除，此配置的頻率響應(yīng)圖如下所示：

高頻通過電容旁路到地，將其從信號(hào)中去除

六、電感高通濾波器

類似地，我們可以構(gòu)造一個(gè)帶有一個(gè)電感的高通濾波器：

電感高通濾波器

這里低頻分量通過電感旁路到地，將其從信號(hào)中移除，此配置的頻率響應(yīng)圖如下所示：

電感高通濾波器

七、截止頻率

截止頻率定義為頻率響應(yīng)圖上的 -3dB 點(diǎn)，在該點(diǎn)信號(hào)已衰減至其原始功率的 50%（大約為其原始電壓的 70.8%）。這也是衰減斜率和通過斜率（電平）的線在圖表上相交的點(diǎn)。

截止頻率定

同樣，很明顯這部是一個(gè)截止點(diǎn)，但是必須選擇某個(gè)點(diǎn)來描述濾波器特性，并且截止頻率是用于該點(diǎn)的術(shù)語。

對(duì)于電容濾波器，頻率公式為：

C=1/ 2πRC

對(duì)于電感濾波器，頻率公式為：

C= R / 2πL

在電容濾波器中，有一個(gè)10k 電阻和一個(gè) 1nF 電容，頻率為：

C= 1/2π(10x103)(1x10-9) = 15.9kHz

在電感濾波器中，有一個(gè)10k 電阻和一個(gè) 1nF 電容，頻率為：

C=(10x103)/2π(0.1) = 15.9kHz

這2種情況都與上面在頻率響應(yīng)圖上看到的相符。

八、高階濾波器

在上面的濾波器中都由有一個(gè)電抗元件。頻率響應(yīng)圖在停止區(qū)域的斜率約為20dB/對(duì)數(shù)十倍頻程。

通過使用更多的電抗元件和/或?yàn)V波器，我們可以將每個(gè)電抗元件的斜率增加大約 20dB，也就是增加濾波器的階數(shù)。

例如，下面是一個(gè)斜率約為 40db/decade 的二階濾波器（2 個(gè)電抗元件）。

40db/decade 的二階濾波器

但注意，過多增加濾波器階數(shù)也存在缺點(diǎn)，例如即使在通帶中信號(hào)的總衰減和信號(hào)傳播的延遲，以及增加的成本和電路復(fù)雜性。

九、帶通和帶阻濾波器

最后，通過將高通濾波器和低通濾波器與適當(dāng)?shù)慕刂诡l率相結(jié)合來創(chuàng)建帶通或者帶阻濾波器。

帶通或者帶阻濾波器。

以上就是關(guān)于無源模擬濾波器的內(nèi)容。