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> 新聞資訊 > 電腦/IT > 嵌入式開(kāi)發(fā) > 嵌入式開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)濾波器設(shè)計(jì)知識(shí)講解2022-02-26 10:50:05|已瀏覽：5581次
什么是濾波器？
各種傳感器信號(hào)多多少少會(huì)攜帶一些噪聲信號(hào)，那么通過(guò)濾波器就能夠更好的降低和去除噪聲，還原真實(shí)有用信號(hào)。
濾波器是一個(gè)電路，其去除或“過(guò)濾掉”頻率分量的特定范圍。換句話說(shuō)，它將信號(hào)的頻譜分離為將要通過(guò)的頻率分量和將被阻隔的頻率分量。
如果您對(duì)頻域分析沒(méi)有太多經(jīng)驗(yàn)，您可能仍然不確定這些頻率成分是什么，以及它們?nèi)绾卧诓荒芡瑫r(shí)具有多個(gè)電壓值的信號(hào)中共存。讓我們看一個(gè)有助于澄清這個(gè)概念的簡(jiǎn)短例子。 假設(shè)我們有一個(gè)由完美的5kHz正弦波組成的音頻信號(hào)。我們知道時(shí)域中的正弦波是什么樣的，在頻域中我們只能看到5kHz的頻率“尖峰”�，F(xiàn)在讓我們假設(shè)我們激活一個(gè)500kHz振蕩器，將高頻噪聲引入音頻信號(hào)。
在示波器上看到的信號(hào)仍然只是一個(gè)電壓序列，每個(gè)時(shí)刻有一個(gè)值，但信號(hào)看起來(lái)會(huì)有所不同，因?yàn)樗臅r(shí)域變化現(xiàn)在必須反映5kHz正弦波和高頻噪音波動(dòng)。
然而，在頻域中，正弦波和噪聲是在一個(gè)信號(hào)中同時(shí)存在的單獨(dú)的頻率分量。正弦波和噪聲占據(jù)了信號(hào)頻域表示的不同部分，這意味著我們可以通過(guò)將信號(hào)引導(dǎo)通過(guò)低頻并阻擋高頻的電路來(lái)濾除噪聲。濾波器的類型
濾波器可以放在與濾波器頻率響應(yīng)的一般特征相對(duì)應(yīng)的廣泛類別中。如果濾波器通過(guò)低頻并阻止高頻，則稱為低通濾波器；如果它阻擋低頻并通過(guò)高頻，它就是一個(gè)高通濾波器。還有帶通濾波器，其僅通過(guò)相對(duì)窄的頻率范圍，以及帶阻濾波器，其僅阻擋相對(duì)窄的頻率范圍。
還可以根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)電路的組件類型對(duì)濾波器進(jìn)行分類。無(wú)源濾波器使用電阻器，電容器和電感器，這些組件不具備提供放大的能力，因此無(wú)源濾波器只能維持或減小輸入信號(hào)的幅度。另一方面，有源濾波器既可以濾波信號(hào)又可以應(yīng)用增益，因?yàn)樗ㄓ性丛缇w管或運(yùn)算放大器。
RC低通濾波器
為了創(chuàng)建無(wú)源低通濾波器，我們需要將電阻元件與電抗元件組合在一起。換句話說(shuō)，我們需要一個(gè)由電阻器和電容器或電感器組成的電路。從理論上講，電阻—電感（RL）低通拓?fù)湓跒V波能力方面與電阻—電容（RC）低通拓?fù)湎喈?dāng)。但實(shí)際上，電阻—電容方案更為常見(jiàn)，因此本文的其余部分將重點(diǎn)介紹RC低通濾波器。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率低時(shí)，電容器的阻抗相對(duì)于電阻器的阻抗高；因此，大部分輸入電壓在電容器上（和負(fù)載兩端，與電容器并聯(lián)）下降。當(dāng)輸入頻率較高時(shí)，電容器的阻抗相對(duì)于電阻器的阻抗較低，這意味著電阻器上的電壓降低，并且較少的電壓傳輸?shù)截?fù)載。因此，低頻通過(guò)并且高頻被阻擋。 RC低通功能的這種定性解釋是重要的第一步，但是當(dāng)我們需要實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)它并不是很有用，因?yàn)樾g(shù)語(yǔ)“高頻”和“低頻”非常模糊。工程師需要?jiǎng)?chuàng)建通過(guò)并阻止特定頻率的電路。例如，在上述音頻系統(tǒng)中，我們希望保留5kHz信號(hào)并抑制500kHz信號(hào)。這意味著我們需要一個(gè)濾波器，從5kHz到500kHz之間的傳遞過(guò)渡到阻塞。當(dāng)您查看RC濾波器的頻率響應(yīng)圖時(shí)，您會(huì)注意到術(shù)語(yǔ)“截止頻率”不是很準(zhǔn)確。信號(hào)光譜被“切割”成兩半的圖像，其中一個(gè)被保留而其中一個(gè)被丟棄，不適用，因?yàn)殡S著頻率從截止點(diǎn)下方移動(dòng)到截止值以上，衰減逐漸增加。
RC低通濾波器的截止頻率實(shí)際上是輸入信號(hào)幅度降低3dB的頻率（選擇該值是因?yàn)榉冉档?dB對(duì)應(yīng)于功率降低50％）。因此，截止頻率也稱為-3dB頻率，實(shí)際上該名稱更準(zhǔn)確且信息量更大。
總結(jié)
所有電信號(hào)都混合了所需頻率分量和不需要的頻率分量。不需要的頻率分量通常由噪聲和干擾引起，并且在某些情況下會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
濾波器是以不同方式對(duì)信號(hào)頻譜的不同部分作出反應(yīng)的電路。低通濾波器旨在讓低頻分量通過(guò)，同時(shí)阻止高頻分量。
低通濾波器的截止頻率表示濾波器從低衰減變?yōu)轱@著衰減的頻率區(qū)域。注：尊重原創(chuàng)文章,轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處和鏈接 http://elsolbar.com/news-id-23644.html 違者必究！部分文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)由培訓(xùn)無(wú)憂網(wǎng)編輯部人員整理發(fā)布,內(nèi)容真實(shí)性請(qǐng)自行核實(shí)或聯(lián)系我們，了解更多相關(guān)資訊請(qǐng)關(guān)注嵌入式開(kāi)發(fā)頻道查看更多，了解相關(guān)專業(yè)課程信息您可在線咨詢也可免費(fèi)申請(qǐng)?jiān)囌n。關(guān)注官方微信了解更多：150 3333 6050
