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' X6 _8 a2 W- ^ R6 A![]() 1 k/ V# U9 k" C' A& P
![]() 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）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。4 E/ I% @9 z+ r- n" r0 z1 ~* n5 a
: R1 i, @4 B. ^/ H9 L: R: Z0 f5 R
![]() 1什么是低通滤波器
, g- a/ G' J; C. N& p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。0 u6 W9 {: g/ k
![]() 2一阶低通滤波器
( p% `+ d9 e% v4 L m
) [+ n, [, ?5 ]6 G: f) ~: P; l' p图中显示了一阶LPF，请注意，积分器是LPF的基本构建块。$ T- {; n& f }7 p; `
4 }5 h; \$ k# j1 v0 ?- I
1 L2 A1 R5 f2 Y* {' n
* \/ E/ R* d4 ?6 ^% E. C/ ~2 u, \$ \一阶低通滤波器
' `( `& m4 o* Y" M {) G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）。0 {5 j- p' ?: d. Z) c
![]() 3二阶低通滤波器
; @4 B8 X. X; r: o5 s/ d" E8 s; [如下图所示为二阶低通滤波器。
3 a" e: R, G) H: H
5 p/ w7 Z4 P4 D6 f0 o' r; V
2 Y7 m7 l: N, v6 M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）。
3 f% q+ J/ f) m/ X- n; f3 E, j9 w' X& V8 }) Q3 J8 G! j
4采用运算放大器的低通滤波器8 r2 e! f/ E$ M- p4 m& r
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。
) z7 i8 f" S# R$ E$ R9 i![]() 5采用运算放大器的一阶有源LPF电路
0 P9 v% C( v( [0 Z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。2 C1 c/ r4 |! b m) G5 c
- I0 P% t' Y: R. k: k; L
/ h8 F; C( e* r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。
; P; d4 G4 w3 o! A+ V8 c( U/ {5 v+ \; K
其中：Xc是以欧姆为单位的容抗；
4 ^" y4 L1 p3 I7 s( K- vπ是标准字母，其值为3.412；
: B% _* _' G8 s: Sf是频率（单位-Hz）；
/ A6 O# h" b( w. C1 t' pC是电容（Units-Farads）。
, U5 W5 ~5 d% i, y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。
7 s) V, d/ z+ j" L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。0 u/ \$ q% E( e: X( }1 t% X
![]() 6采用运算放大器的二阶有源LPT电路
9 U3 K0 y7 b& @8 Q* e/ _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。! b4 o9 e# O# M5 p
- S- Z+ {" a. d9 {0 {3 U7 Y7 }
# q5 S, o7 \6 X; R" x* e
其中：; q2 v7 P, v+ {$ k; I, _, N* |$ c
" P5 {9 Z, x/ u# y3 }
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。' s1 j5 c" E. ~) H4 L8 `
![]() 7低通滤波计算器8 T$ _ }; }( G, W/ X
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。! p$ p: k1 e) q% J) D! b
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。" P4 g. H1 x" D
- L1 e) N5 p% V* M" H2 b( S计算给定电阻的频率值以及电容值：" @, S1 I9 j/ d- Q& z A! v7 G' P
+ e' [7 w$ d% `( Q% E5 i
1 C. v! C! N. k5 _4 y4 P$ B
% a7 z8 r, m" F* A; z z( h
4 K2 _. [4 \) C' B
![]() 8低通滤波器应用$ \, W# x. y9 i& D
低通滤波器的应用包括：
. ]5 x# l. e0 v7 H, t; J! R' b$ V# R8 A" W3 K: K
- 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。# L; l; n$ L; c5 |6 h C* G
- 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。1 {- b$ E6 F/ r9 ?5 V- `
- 图像处理中的低通滤波器用于增强图像。& e8 ~8 i: R! }& A$ D
- 有时这些滤波器由于音频应用。
" T7 [% A/ z; z - 低通滤波器用于RC电路，RC电路称为RC低通滤波器。, e4 x: b! P4 t& p/ L0 z h
- LPF用作RC电路的积分器。1 _2 \' K! ?; t* G7 u
- 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。
6 k G# X1 |+ W9 k# x* e w8 _- g - 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。! g. ]3 k" y9 G
- 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。
9 O# T9 a0 P" _ - 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。
: _. d. D0 { m& i$ Y# k9 E0 p$ j7 W* w& {- y
3 G* |3 L0 h+ ?1 F- i3 e2 Y% m& u0 y' ~/ A
0 y) \, {/ N }1 Y* |2 {4 P
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发表于 2019-10-9 16:38
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