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  • 低通滤波器设计指南

  • 2019-12-13 15:33 3015

导语

滤波器可以定义为:它是一种用于重塑,修改和阻断所有不需要的频率的电路。通常,在低频(<100 kHz)应用中,无源滤波器使用电阻和电容组成。因此它被称为无源RC滤波器。同样,对于高频(> 100 kHz)信号,无源滤波器可以设计为电阻 - 电感 - 电容组合。因此,这些电路被称为无源RLC电路。通常使用三种滤波器设计:低通滤波器,高通滤波器和带通滤波器,本文讨论低通滤波器。


1、什么是低通滤波器


低通滤波器(LPF) 的定义是一种用于传递低频信号,衰减高频信号的滤波器。低通滤波器的频率响应主要取决于低通滤波器的设计,以下是各型LPF介绍。


2、一阶低通滤波器


图中显示了一阶LPF,请注意,积分器是LPF的基本构建块。


  


图:一阶低通滤波器


低通滤波器传递函数是:输出与频率成反比减小(衰减)。如果频率加倍输出是一半(每增加一倍频率为-6 dB)。


3、二阶低通滤波器


如下图所示为二阶低通滤波器。




  

图:二阶低通滤波器



输出与频率的平方成反比地减小(衰减),如果频率加倍输出。( - 每增加一倍频率为12 dB)。


4、采用运算放大器的低通滤波器

运算放大器的反馈环路可以与滤波器的基本元件结合使用,因此,通过使用除电感器之外的所需组件,可以轻松形成高性能LPF


5、采用运算放大器的一阶有源LPF电路

单极有源低通滤波器如下所示。使用运算放大器的低通滤波器电路在反馈电阻两端使用电容。当频率增加以增强反馈电平,电容器的无功阻抗下降时,该电路具有更好的效果。


  

图:采用运算放大器的一阶低通滤波器



可以通过处理电容的电抗等于电阻的频率来完成该滤波器的计算。这可以通过使用以下公式获得。


  

其中:Xc是以欧姆为单位的容抗;

π是标准字母,其值为3.142

f是频率(单位-Hz);

C是电容(Units-Farads)。

通过消除电容器的影响,可以以简单的方式计算这些电路的带内增益。


由于这些类型的电路有助于降低高频增益,并且为每个倍频程提供-6 dB的衰减,因此,这种滤波器被称为一阶或单极低通滤波器


6、采用运算放大器的二阶有源LPT电路


通过使用运算放大器,可以设计具有不同增益水平的宽范围滤波器以及衰减模型。



  

图:采用运算放大器的二阶有源LPF电路


其中:


  



在选择值时,请确保电阻值在10千欧姆至100千欧姆的范围内。


7、低通滤波计算器


对于RC 低通滤波器电路,通过计算交叉频率并绘制相应的图谱,其被称为波特图。

例如:如果我们知道电路中电阻和电容的值,则可以使用以下公式计算低通滤波器传递函数。


  


计算给定电阻的频率值以及电容值:


  

  

图:LPF波形



8、低通滤波器应用


低通滤波器的应用包括:


·     a、低通滤波器用于电话系统,用于将扬声器中的音频频率转换为带限语音频带信号。

·     b、LPF用于过滤来自电路的高频信号,称为噪声,当信号通过该滤波器时,大部分高频信号被消。

·     c、图像处理中的低通滤波器用于增强图像。

·     d、有时这些滤波器由于音频应用。

·     e、低通滤波器用于RC电路,RC电路称为RC低通滤波器。

·     f、LPF用作RC电路的积分器。

·     g、在多速率DSP中,在执行内插器时,LPF用作反成像滤波器。类似地,当执行抽取器时,该滤波器用作抗混叠滤波器。

·     h、低通滤波器用于来自人体的医疗设备的信号,而使用电极的测试频率较低。因此,这些信号可以流过LPF,以消除一些不需要的环境声音。

·     i、这些滤波器用于转换占空比幅度以及锁相环中的相位检测。

·     j、LPF在AM无线电中用于二极管检测器,以将AM调制的中频信号改变为音频信号。




滤波器-在售常用型号


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C415314
TDK DEA162450BT-1260B3
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C390114
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SAYEY2G53CA0F0AR00
SAW滤波器
C117570
SEMTECH
ECLAMP2378P.TCT EMI/RFI 滤波器
C333868
muRata(村田)
SFECV10M7KA00-R0
陶瓷滤波器
C96589

muRata(村田)

NFM18CC222R1C3D
馈通式电容器
C155443
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视频滤波驱动

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