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滤波器
滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。分为有源滤波器和无源滤波器。主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过,对无用信号尽可能大的反射。滤波器一般有两个端口,一个输入信号、一个输出信号,利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波,而得到一个特定频率的正弦波。
滤波器是由电感器和电容器构成的网路,可使混合的交直流电流分开。电源整流器中,即借助此网路滤净脉动直流中的涟波,而获得比较纯净的直流输出。最基本的滤波器,是由一个电容器和一个电感器构成,称为L型滤波。所有各型的滤波器,都是集合L型单节滤波器而成。基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成,串联臂为电感器,并联臂为电容器。在电源及声频电路中之滤波器,最通用者为L型及π型两种。就L型单节滤波器而言,其电感抗XL与电容抗XC,对任一频率为一常数,其关系为XL•XC=K2。
故L型滤波器又称为K常数滤波器。倘若一滤波器的构成部分,较K常数型具有较尖锐的截止频率(即对频率范围选择性强),而同时对此截止频率以外的其他频率只有较小的衰减率者,称为m常数滤波器。所谓截止频率,亦即与滤波器有尖锐谐振的频率。通带与带阻滤波器都是m常数滤波器,m为截止频率与被衰减的其他频率之衰减比的函数。每一m常数滤波器的阻抗与K常数滤波器之间的关系,均由m常数决定,此常数介于0~1之间。当m接近零值时,截止频率的尖锐度增高,但对于截止频的倍频之衰减率将随着而减小。最合于实用的m值为0.6。至于那一频率需被截止,可调节共振臂以决定之。m常数滤波器对截止频率的衰减度,决定于共振臂的有效Q值之大小。若达K常数及m常数滤波器组成级联电路,可获得尖锐的滤波作用及良好的频率衰减。
滤波器一般用低通原型进行描述,因为低通是标准配置。
高通滤波器可以视为侧面接通的低通滤波器。
受原点零值的影响,其直流响应并不平坦,而是n×(20dB/十倍频程)的上升响应,其中n为极点数。在转折频率条件下,受极点影响,上述上升响应会增加n×(–20dB/十倍频程)的响应。结果是,在转折频率以外,会呈现平坦的响应。
以1/s缩放传递函数,可将低通原型转换成高通滤波器。实际上,这通常相当于将电容变成值为1/C的电感,而对于无源设计,则相当于将电感变成值为1/L的电容。对于有源设计,电阻变成值为1/R的电容,而电容则变成值为1/C的电阻。这仅适用于频率设置电阻,不适用于增益设置电阻(即并非适用于电路中的每个电阻或电容)。
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