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电子设计中低通滤波的原理和运用

2019年08月15日 21:08

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常用滤波器我们分为高通滤波器,低通滤波器,带阻滤波器,带通滤波器,而这四种滤波器就是我们常说的有源滤波电路。我们看下这个低通滤波器的原理。

低通滤波器:允许低频信号通过,将高频信号衰减。我们可以看下图中所示,当信号处于低频段的时候我们的幅频特性如下。

image.png

说完了这个,那我们先回过头来先看下什么是积分电路:

image.png

这个是我们的简化一个无源积分电路,对于我们的积分电路而言,我们要要求它的时间常数T需要大于我们的信号脉冲宽度,我们知道T=RC,这个工作原理就是,假设我们的输入信号为矩形脉冲波(也可以是我们的正弦波),当我们的第一个脉冲波出现时,输入端产生一个电流,通过对R1和C1进行充电(当然你要知道一点,电容两端的电压是不会突变的),这个时候,电容C1上的电压慢慢增加,当我们的脉冲过去之后,输入端的信号Uin就为零(当然你要知道一点,电容两端的电压是不会突变的),所有我们的时间常数T会比较大,放电就会很缓慢。

好,这时候我们的第二个脉冲波又来了,这时候,之前的电还是没有放掉,我们可以知道,当我们的脉冲波越密集,我们的Uout就越大。

这时候我们总结一下,积分电路就是获取输入信号Uin的平均值的电路,也可以是我们的低通滤波器电路。也就是对我们的低频段的信号进行采集采样,通过后面的电容存储,最后进行输入电流的平均值的获取。

image.png

好,知道了什么是积分电路这时候我们回到我们的低通滤波器。

image.png

我们看图中,左边的是一阶低通滤波器和二阶低通滤波器。它是由集成运放和无源低通滤波器组成(也就是刚刚分析的积分电路)用RFf反馈使我们的运放工作在线性区域里面

首先我们先分析这个一阶低通滤波器电路,这是一个同相比例运算电路,也是一个电压并联负反馈,根据虚短虚断,放大倍数                                                                                                                                                                                               

       AuP=(Rf2/R4)+1

角频率就是(我们知道ω = 2πf = 2π/t)

这个是怎么来的呢:是这样的,我们的电阻和电容属于串联谐振,那么串联谐振的频率就是这个f0=1/(2πR5C4)

同时还有我们要知道RC 串联是只能用在交流回路上面进行分析。而我们的RC 并联可以用在交流和直流。

然后我们看下二阶,常用的也是二阶和多阶,因为我们的一阶低通滤波电路实际上经过试验,它的滤波效果是远远不如二阶,在二阶我们可以看到将电容C7,作为了一个正反馈的形式来改善我们的截止频率附近的幅频效果。

运用场合有音箱的分配器,分离低音信号,放大工作,无线发射机中阻断谐波干扰。网络DSL分离器使用低通和高通滤波器分离共享使用双绞线的DSL和POTS信号。

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