濾波器的種類/作用/原理

2021-02-13 電子工程專輯

一、概述


1．定義
凡是可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統都稱之為濾波器，相當於頻率「篩子」。
 


2．分類

幅頻特性如下

頻率通帶：能通過濾波器的頻率範圍
頻率阻帶：被濾波器抑制或極大地衰減的信號頻率範圍。
截止頻率：通帶與阻帶的交界點。
2）按物理原理分：機械式、電路式
按處理信號分：模擬、數字
3．濾波器的作用
1）將有用的信號與噪聲分離，提高信號的抗幹擾性及信噪比；
2）濾掉不感興趣的頻率成分，提高分析精度；
3）從複雜頻率成分中分離出單一的頻率分量
。
二、理想濾波器與實際濾波器

1．理想濾波器的頻率特性
理想濾波器：使通帶內信號的幅值和相位都不失真，阻喧內的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明顯的分界線。
如理想低通濾波器的頻率響應函數為

理想濾波器實際上並不存在。

2．實際濾波器
實際濾波器的幅頻特性如下圖所示

實際濾波器的特性需要以下參數描述：



①信頻程選擇性：
與上、下截止頻率處相比，頻率變化一倍頻程時幅頻特性的衰減量，即


信頻程選擇性總是小於等於零，顯然，計算信量的衰減量越大，選擇性越好。
②濾波器因素  ：－60dB處的帶寬與－3dB處的帶寬之比值，即



③分辨力：即分離信號中相鄰頻率成分的能力，用品質因素Q描述。

3．實際帶通濾波器的形式

①恆定帶寬帶通濾波器:B=常量，與中心頻率f0無關。
②恆定百分比帶通濾波器：
在高頻區恆定百分比帶通濾波器的解析度比恆定帶寬帶通濾波器差。

三、RC無源模擬式濾波器
1．一階RC低通濾波器


2．一階高通濾波器



3．帶通濾波器
將RC低通和高通濾波器串聯起來，就可以組成RC帶通濾波器。


四、數字濾波器簡介
數學濾波：通過一定的計算方法和計算程序對離散信號進行加工，將其改造成新要求的。離散信號，有低通、高通、帶通、帶阻之分。數字濾波是對模擬濾波的一種模擬。如模擬RC低通濾波器，輸出與輸入的關係式為：

‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧  END  ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧

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