什么是低通滤波器

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- \# O0 n" l" J- H6 B' e0 Z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。

. g( Y( y; m3 Z+ b5 B1什么是低通滤波器
( p" H: G! x* A1 Z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。
2 x& A! o- t! r1 a5 D

1 O8 n. z, o: V. q+ C; L# `! {

一阶低通滤波器

+ |! ^; f# F6 H  W& `+ b+ e+ H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 ~/ ^0 k' T3 l: ^9 G# y+ R4 b3二阶低通滤波器
如下图所示为二阶低通滤波器。

" N* {' r; B  W$ X0 w

二阶低通滤波器

. L1 ?/ t3 h* U* X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）。

. H/ d+ ?) S, b9 l1 N9 M: C* |1 ]4采用运算放大器的低通滤波器
' n, H. F- [7 {/ p( U) m! ~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。
  t% v6 Q( W6 K7 N. S+ P* p. n/ X5采用运算放大器的一阶有源LPF电路
6 v8 P' s) ?& y% ?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。

: t( l, k  s, H

采用运算放大器的一阶低通滤波器

' Q! x& p! o9 n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。
1 s2 `  T( ^( K  ]2 D. u5 i; E

1 I- I' i, S* L其中：Xc是以欧姆为单位的容抗；
π是标准字母，其值为3.412；
1 \7 ?& N8 X" W' b" O9 {. Q  {f是频率（单位-Hz）；
$ p* \8 ]7 Q- w/ V, b$ Y3 {+ zC是电容（Units-Farads）。
" B; s/ M: o) ]) N* u* {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。
, m& ?0 \! ~, l+ A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。

& S, Z0 R6 |- A7 G$ f7 |- R

采用运算放大器的二阶有源LPF电路

, b$ t/ @) O7 |. U其中：
0 V/ p2 O& a9 q

$ k1 [" g! B# P5 |1 c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
0 F) h. w) a+ m* J8 L, l0 p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。
/ G! {, V! \7 B# y! z, g$ N" `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。
' U# j3 M1 H$ I' w+ s9 ?( n

0 x. \0 ~" B; k3 \# R计算给定电阻的频率值以及电容值：

1 }7 v/ U; y! D5 A( K! C' C

LPF波形

* V/ A8 w% {( H8低通滤波器应用
" K6 \, E' t6 p# b低通滤波器的应用包括：
! {' H- J# t5 E

, V$ v, ?, Q, z" }! N
• 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。
  
• 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。
  
• 图像处理中的低通滤波器用于增强图像。
  ) P) P; `" ^5 U* I7 T0 |
• 有时这些滤波器由于音频应用。
  
• 低通滤波器用于RC电路，RC电路称为RC低通滤波器。
  
• LPF用作RC电路的积分器。
  
• 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。
  $ j" {/ s9 u8 s6 c: U/ |' x
• 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。
  % y: f4 u$ h! i- O
• 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。
  ( e8 v/ j% V# b; z, q
• 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。
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  " a4 }7 h8 X; t& C) ~
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