大纲
介绍
电子滤波器是一种电路，设计用来拒绝电子信号中所有不需要的频率成分，只允许需要的频率出现。换句话说，滤波器是一种只允许一定频带频率的电路。滤波器的主要应用于音频均衡器和输入信号有条件的敏感电子器件上。这些过滤器主要分为两种类型。它们是主动滤波器和被动滤波器。
被动过滤器
无源滤波器不包含任何放大元件，只是由电阻，电容和电感(无源元件)组成。这些过滤器不会从外部电池供应中吸收任何额外的能量。电容器允许高频信号，电感允许低频信号。同样，电感器限制高频信号的流动，而电容限制低频信号的流动。在这些滤波器中，输出信号的幅值总是小于应用的输入信号的幅值。无源滤波器的增益总是小于单位。这表明这些无源滤波器不能提高信号的增益。因此，滤波器的特性受到负载阻抗的影响。这些滤波器也可以在近500兆赫兹的更高频率范围内工作。
活跃的过滤器
除了无源元件（电阻器，电容器和电感器）之外，有源滤波器还包含放大元件，例如OP-AMPS，晶体管和FET（有源组件）。通过使用这些过滤器，我们可以克服被动滤波器的缺点。有源滤波器取决于外部电源，因为它将放大输出信号。没有任何电感元件，这些元件可以实现作为输入阻抗的谐振频率，并且输出阻抗彼此无效。在追随年度的电感器较少的过滤器设计。因为电感器消散了一定量的功率并产生杂散磁场。不仅有这些问题，而且由于电感器的尺寸增加了。因此，由于这些原因，在有源过滤器中使用电感器的使用减少。
主动过滤器的一些优点
- 运放、电阻、电容、晶体管和场效应晶体管的组合提供了一个集成电路，从而减小了滤波器的尺寸和重量。
- 运算放大器的增益可以很容易地用闭环形式控制。由于这个原因，输入信号不受限制。
- 这些适用于巴特沃斯滤波器，切比雪夫滤波器和Cauer滤波器。
有源滤波器的主要缺点是工作频率范围小。在许多应用中，有源滤波器的工作频率范围最多只能达到500 kHz。有源滤波器必须使用直流电源。与无源滤波器相比，这些有源滤波器更敏感。由于环境的变化，这些产出也可能造成干扰。
滤波器是敏感电路，输出组件仅是频率术语。为了分析滤波器电路，频域表示是最好的。此表示如下所示。
滤波器M的大小称为滤波器的增益。数量级通常用dB表示为20log (M)。
滤波器的一个重要特性是截止频率。它定义为频率响应中分离通频带和阻频带的频率。通频带是滤波器允许的没有任何衰减的频率范围。阻带被定义为滤波器不允许的频带。
滤波器是根据它们允许通过的信号频率进行分类的。有四种类型的滤波器，它们是低通滤波器，带通滤波器，高通滤波器和带阻滤波器。由于采用了高速运放和元件的近似值，理想响应和实际响应的特性几乎相同。
低通滤波器
低通滤波器将通过小于截止频率“fc”的频率信号。实际上，即使在截止频率范围之后，也会有一小部分频率通过。滤波器的增益取决于频率。如果输入信号频率增加，滤波器的增益减小。在过渡带的末端，增益变为零。如下所示。
无花果:低Pass1作为
虚线表示理想的滤波器特性和连续线路表示实用的滤波器特性。
低通滤波器的应用在各种类型的扬声器中的声音系统中。为了阻挡谐波的发射，这些低通滤波器被用在无线电发射机中。这些也用于电话用户线路中的DSL分配器。
高通滤波器
它们将通过截止频率“fc”之后的频率。在实际情况下，滤波器允许低于截止范围的可忽略的频率。如下所示。
图：高通量1
高通滤波器与低通滤波器的结合形成带通滤波器。高通滤波器应用于射频电路，也用于DSL分频器。
乐队通过过滤器
过滤器本身的名称表明它只允许某一频带的频率，并阻止所有剩余的频率。带通滤波器的上下限取决于滤波器的设计。带通滤波器实用和理想的特性如下图所示。
无花果:乐队pass1作为
带通滤波器应用于发射和接收电路。这些主要用于计算接收电路的灵敏度和优化信噪比。
带阻滤波器
这些也称为带抑制或带消除滤波器。这些滤波器仅停止特定的频带并允许所有其他频率。滤波器的频率限制取决于过滤器设计。虚线表示作为连续线的理想情况指示实际情况。它有两个通带和一个停车频段。
无花果:乐队stop1
应用的应用乐队停止过滤器处于仪器放大器。
理想滤波器频率响应
现在让我们看看不同滤波器的理想响应。这里fL表示截止频率较低，fH表示截止频率较高。
低通滤波器的理想特性
图低通量2
该响应表明，低通滤波器将允许信号达到较低的截止频率并停止高于较低截止频率的频率。
理想的高通滤波器特性
图：高通量2
这表明高通滤波器将允许大于高截止频率的频率，并阻止小于高截止频率的频率。
带通滤波器的理想特性
无花果:乐队pass2
这个响应表明带通滤波器只会通过低截止区域和高截止区域之间的频率。它停止了小于截止频率的频率，也停止了大于截止频率的频率。
带阻滤波器的理想特性
无花果:乐队stop2
上图表明，未处理大于较低切断频率的频率和低于较高切断频率的频率。
容抗
当电阻与电容串联时，形成RC电路。在RC电路中，电容器将从直流电源电压充电，当电源电压降低时，最终电容器也通过降低其存储电荷放电。不仅在直流供电的时候，甚至在交流供电的情况下，电容器也会根据供电电压水平不断地充放电。
但是由于内阻，在流过电容器的电流中会有一些衰减。这个内阻称为容性电抗。' X_C '表示容性电抗，其测量单位为欧姆，与电阻相同。
当频率变化时电容电路根据频率的变化量，此电容电抗值也随之变化。电子从一个极板流向另一个极板，引起电路中电流的流动。但由于电子的运动，频率水平会发生变化。当通过电容器的频率增大时，电容电抗值减小;当通过电容器的频率减小时，电容电抗值增大。因此，由此我们可以说电容电抗与所应用的频率水平成反比。这表明，电容连接在电路是依赖于供电频率。这种现象称为复阻抗。
电容式电抗公式
Xc= 1 /（2π1c）
Xc=容抗
π= 3.142
f= Hz中的频率
C =以法拉(F)表示的电容。
容抗的例子
让我们考虑两个频率以观察电容电抗现象。让f_1 = 1khzandf_2 = 10kHz和电容器C = 220nf。
在第一频率水平
1/2πf1c = 723.4Ω
在第二级频率级别:
X_C = 1 /2πF2C=72.34Ω
这显然明显地，随着频率的增加，电抗减少。
电容电抗VS频率
从上面的频率和电容电抗图中，我们可以看到，当频率为零时，电抗值达到无穷大，这显示了开路的现象。当频率值呈指数增长时，电抗值减小。当频率达到无穷大时，电抗值接近于零，这就给了我们闭合电路的特性。
分压器的概念
我们已经研究了电阻器主题中的分压器概念，我们知道分压器电路能够产生输出电压，这是输入电压的一部分。
V出= V在x（R.2/（R.1+ R.2）)
通过在上述电路中用电容C替换电阻R2，两个元件之间的电压降随输入频率而变化，因为电容的电抗随频率而变化。现在电容的输出电压取决于输入频率。利用这个概念，我们可以通过在分压器电路中用一个电容代替一个电阻来构造无源低通和高通滤波器。
低通滤波器中的电容器行为
对于低通滤波器，电阻R2被电容C1代替。在正常频率下，电路如图所示。当频率为零时，电抗值非常高，几乎等于无穷大。在这种情况下，电路起开路的作用。当频率很高时，电抗值达到零，电路就像一个闭合电路。上述两种行为都显示在上图中。
高通滤波器中的电容行为
对于高通滤波器，电阻器R1被电容器C1代替。从上图来看，显然，在正常频率时，电路就像高通滤波器电路一样。最初在零频率值处，电路的行为类似于开路。当频率增加时，电抗将减少。在某些时候，频率达到无穷大等，因此它影响到达零状态的电抗。这些电路行为如上图所示。
