實用乾貨,低通濾波的原理和運用

2021-01-11 凡億教育

常用濾波器我們分為高通濾波器,低通濾波器,帶阻濾波器,帶通濾波器,而這四種濾波器就是我們常說的有源濾波電路。我們看下這個低通濾波器的原理。

低通濾波器:允許低頻信號通過,將高頻信號衰減。我們可以看下圖中所示,當信號處於低頻段的時候我們的幅頻特性如下。

說完了這個,那我們先回過頭來先看下什麼是積分電路:

這個是我們的簡化一個無源積分電路,對於我們的積分電路而言,我們要要求它的時間常數T需要大於我們的信號脈衝寬度,我們知道T=RC,這個工作原理就是,假設我們的輸入信號為矩形脈衝波(也可以是我們的正弦波),當我們的第一個脈衝波出現時,輸入端產生一個電流,通過對R1和C1進行充電(當然你要知道一點,電容兩端的電壓是不會突變的),這個時候,電容C1上的電壓慢慢增加,當我們的脈衝過去之後,輸入端的信號Uin就為零(當然你要知道一點,電容兩端的電壓是不會突變的),所有我們的時間常數T會比較大,放電就會很緩慢。

好,這時候我們的第二個脈衝波又來了,這時候,之前的電還是沒有放掉,我們可以知道,當我們的脈衝波越密集,我們的Uout就越大。

這時候我們總結一下,積分電路就是獲取輸入信號Uin的平均值的電路,也可以是我們的低通濾波器電路。也就是對我們的低頻段的信號進行採集採樣,通過後面的電容存儲,最後進行輸入電流的平均值的獲取。

好,知道了什麼是積分電路這時候我們回到我們的低通濾波器。

我們看圖中,左邊的是一階低通濾波器和二階低通濾波器。它是由集成運放和無源低通濾波器組成(也就是剛剛分析的積分電路)用RFf反饋使我們的運放工作在線性區域裡面

首先我們先分析這個一階低通濾波器電路,這是一個同相比例運算電路,也是一個電壓並聯負反饋,根據虛短虛斷,放大倍數

AuP=(Rf2/R4)+1

角頻率就是(我們知道ω = 2πf = 2π/t)

這個是怎麼來的呢:是這樣的,我們的電阻和電容屬於串聯諧振,那麼串聯諧振的頻率就是這個f0=1/(2πR5C4)

同時還有我們要知道RC 串聯是只能用在交流迴路上面進行分析。而我們的RC 並聯可以用在交流和直流。

然後我們看下二階,常用的也是二階和多階,因為我們的一階低通濾波電路實際上經過試驗,它的濾波效果是遠遠不如二階,在二階我們可以看到將電容C7,作為了一個正反饋的形式來改善我們的截止頻率附近的幅頻效果。

運用場合有音箱的分配器,分離低音信號,放大工作,無線發射機中阻斷諧波幹擾。網絡DSL分離器使用低通和高通濾波器分離共享使用雙絞線的DSL和POTS信號。

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