常用的三种低通滤波器_低通滤波器三大要素

常见的三种滤波器

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

常用的三种低通滤波器_低通滤波器三大要素

本文讨论低通滤波器。 2020-12-14 10:16:25 无源滤波器的类型 本文首先介绍了什么是无源滤波器,其次介绍了无源滤波器的分类,后介绍了无源滤波器常用的三种电路类型。

调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器,可以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波,该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率

滤波器是一种消除其他波干扰的元器件，它让一种特定的信号通过，同时阻止其他信号通过。那么滤波器的原理是什么?下面提供三种常见的滤波器原理分析。

滤波器主要有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器三种。

滤波器的种类有哪些呢？

滤波器的种类很多，常见的有以下几种：

低通滤波器（Low Pass Filter，LPF）：可以通过放行低于截止频率的信号来过滤掉高频噪声。

高通滤波器（High Pass Filter，HPF）：可以通过放行高于截止频率的信号来过滤掉低频噪声。

带通滤波器（Band Pass Filter，BPF）：可以放行某一频率范围内的信号，而对其它频率进行滤波处理。

带阻滤波器（Band Stop Filter，BSF）：也称为陷波器，可以选择性地阻止某一频率范围内的信号，而放行其它频率。

全通滤波器（All Pass Filter，APF）：可以放行所有频率范围内的信号，而不对信号进行滤波处理，但是可以实现相位补偿等功能。

贴片滤波器（SMD Filter）：这是一种集成度高、封装形式为贴片式的滤波器。

微波滤波器（Microwe Filter）：主要应用于高频通信、雷达、卫星导航等领域，可以实现高精度的滤波和稳定的频率特性。

数字滤波器（Digital Filter）：基于数字信号处理技术，可以实现高速、高精度的信号滤波，例如FIR滤波器和IIR滤波器等。

不同类型的滤波器各有特点，在不同的应用场合中需要进行选择和设计。

常用的滤波器有哪几种

为常用的三种：高通、低通、带通就是为常用的三种滤波器

常用的滤波器有：数字滤波器、低通滤波器、带通滤波器、模拟滤波器、声表面波滤波器、介质滤波器、有源电力滤波器。

1、数字滤波器

滤波器与模拟滤波器相对应，在离散系统中广泛应用数字滤波器。它的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形或频率进行加工处理。或者说，把输入信号变成一定的输出信号，从而达到改变信号频谱的目的。数字滤波器一般可以用两种方法来实现：一种方法是用数字硬件装配成一台专门的设备，这种设备称为数字信号处理机；另一种方法就是直接利用通用计算机，将所需要的运算编成程序让通用计算机来完成，即利用计算机软件来实现。

2、低通滤波器

低通滤波器是指车载功放中能够让低频信号通过而不让中、高频信号通过的电路，其作用是滤去音频信号中的中音和高音成分，增强低音成分以驱动扬声器的低音单元。由于车载功放大部分都是全频段功放，通常采用AB类放大设计，功率损耗比较大，所以滤除低频段的信号，只推动中高频扬声器是节省功率、保证音质的佳选择。此外高通滤波器常常和低通滤波器成对出现，不论哪一种，都是为了把一定的声音频率送到应该去的单元。

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

对于不同滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度不同。当使用在音频应用时，它有时被称为高频剪切滤波器, 或高音消除滤波器。

低通滤波器概念有许多不同的形式，其中包括电子线路（如音频设备中使用的hiss滤波器、平滑数据的数字算法、音障（acoustic barriers）、图像模糊处理等等，这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。

低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数所起的作用；

低通滤波器有很多种，其中，通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。

3、带通滤波器

（1）带通滤波器的工作原理：

一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦—开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。

除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。

在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益，滤波器的带宽就是f2和f1之间的值。

（2）带通滤波器的应用区域：

许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率 ，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1，品质因数 ，3dB带宽B=1/（пR3C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/（2пfoAoC），R2=Q/（（2Q2-Ao）2пfoC），R3=2Q/（2пfoC）。上式中，当fo=1KHz时，C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频放大。 有源带通滤波器电路，此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。

3、模拟滤波器

模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。例如：带通滤波器用作频谱分析仪中的选频装置；低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波；高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声；带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器，等等。

用于频谱分析装置中的带通滤波器，可根据中心频率与带宽之问的数值关系，分为两种：

一种是带宽B不随中心频率人而变化，称为恒带宽带通滤波器，其中心频率处在任何频段上时，带宽都相同；

另一种是带宽B与中心频率人的比值是不变的，称为恒带宽比带通滤波器，其中心频率越高，带宽也越宽。

4、声表面波滤波器

声表面波是指声波在弹性体表面的传播，这个波被称为弹性声表面波。声表面波的传播速度比电磁波的速度约小10万倍。声表面波滤波器是采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件，广泛应用于电视机及录像机中频电路中，以取代LC中频滤波器，使图像、声音的质量大大提高。

SAW 声表滤波器、声表谐振器，是在压电基片材料表面产生并传播、且其振幅随深入基片本材料的深度增加而迅速减少的的弹性波。声表面波（SAW）是传播于压电晶体表面的机械波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。

SAW 声表器件是在压电基片上采用微电子工艺技术制作叉指形电声换能器和反射器耦合器等，利用基片材料的压电效应，通过输入叉指换能器（IDT）将电信号转换成声信号，并局限在基片表面传播，输出IDT将声信号恢复成电信号，实现电-声-电的变换过程，完成电信号处理过程，获得各种用途的电子器件。采用了先进微电子加工技术制造的声表面波器件，具有体积小、重量轻、可靠性高、一致性好、多功能以及设计灵活等优点。

5、介质滤波器

介质滤波器利用介质陶瓷材料的低损耗、高介电常数、频率温度系数和热膨胀系数小、可承受高功率等特点设计制作的，由数个长型谐振器纵向多级串联或并联的梯形线路构成。其特点是插入损耗小、耐功率性好、带宽窄，特别适合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，便携电话、汽车电话、无线耳机、无线麦克风、无线电台、无绳电话以及一体化收发双工器等的级向耦合滤波。

6、有源电力滤波器

有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿，可以弥补无源滤波器的缺点，获得比无源滤波器更好的补偿特性，是一种理想的补偿谐波装置。早在70年代，有源电力滤波器的基本原理和主电路拓扑结构就已被确定，但由于受当时的技术条件限制，未能使有源电力滤波器得以实施。进入80年代后，新型电力电子器件的出现、PWM控制技术的发展以及瞬时无功功率理论的提出，极大地促进了有源电力滤波器技术的发展。国外已开始在工业和民用设备上广泛使用有源电力滤波器，并且单机装置的容量逐步提高，其应用领域从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统供电质量的方向发展。

有源电力滤波器容量与其它三相交流电力设备的容量定义相同。有源电力滤波器中基本的是并联型，其容量取决于与装置连接的交流回路电压有效值与补偿电流有效值的乘积。并联型有源电力滤波器与谐波源负载所接的交流电压相同，因此装置的容量主要由补偿电流决定，而补偿电流的大小和装置的补偿目的有关，即有源电力滤波器仅仅是只补偿谐波还是要同时补偿谐波和无功。只补偿谐波时，有源电力滤波器的补偿电流与负载电流的谐波分量大小相等而方向相反，两者的有效值是一样的，这种情况下，装置的容量取决于负载电流中谐波的大小。如果要求有源电力滤波器同时补偿谐波和无功，则装置容量由补偿对象中谐波组成及要求补偿无功的程度共同决定。

由于有源电力滤波器的价格要远远高于无源滤波器，为降低补偿装置的投资，主要办法就是降低有源电力滤波器的容量。主要思路是将有源电力滤波器和无源滤波器混合使用，用无源滤波器滤除谐波源中主要的谐波电流，用有源电力滤波器来提高总体的补偿效果，这就是混合型有源电力滤波器。还有学者提出其他方法，如注入回路方式等等，其主要目的也是降低有源滤波器的容量，但尚未进入实用阶段。

有源电力滤波器为了能及时产生补偿电流以抵消谐波源负载的谐波电流，要求其控制电路必须实时检测、计算补偿对象的谐波电流。完成这部分工作的主要是基于瞬时无功功率理论的各种检测计算电路。实现时多为模拟电路，其线路较为繁琐、结构较为复杂。许多学者一直在寻找比较简单的方法来完成这部分工作。另外，随着高速数据处理芯片DSP接口功能的日趋完善，采用数字化方法来实现这部分工作的研究也在积极地进行。

哪几种滤波器是平滑的

平滑滤波器是一种用于信号处理的滤波器，可以减小或去除信号中的噪声、高频成分或突发信号。以下是几种常见的平滑滤波器。

1、移动平均滤波器：移动平均滤波器通过计算输入信号窗口内的平均值来平滑信号。窗口大小决定了平滑程度，较大的窗口将平均更多的样本，从而提供更强的平滑效果。

2、中值滤波器：中值滤波器使用窗口内的中值来替代当前样本值，以减小异常值或噪声对信号的影响。中值滤波器能有效平滑信号并保留边缘特征。

3、低通滤波器：低通滤波器通过抑制高频成分来平滑信号。常见的低通滤波器有巴特沃斯滤波器、布特沃斯滤波器和高斯滤波器。

4、卡尔曼滤波器：卡尔曼滤波器是一种递归滤波器，结合了预测和测量两个步骤，能够根据先前的状态和当前的观测值进行估计，从而平滑信号并对噪声进行有效抑制。

滤波器的类型有哪三大类

滤波器是一种能够过滤信号的电路或设备，可以将一定频率范围内的信号通过，而把其他频率的信号阻止下来。根据其使用目的和工作原理，滤波器的类型主要可分为以下三类：

1. 低通滤波器：低通滤波器可以让低于某个截止频率的信号通过，而将高于该频率的信号过滤掉。低通滤波器常被用来去除高频噪声，使信号更加清晰。低通滤波器一般分为一阶、二阶、高阶等多种形式。

2. 高通滤波器：高通滤波器则可以让高于某个截止频率的信号通过，而将低于该频率的信号过滤掉。高通滤波器常被用来去除低频噪声，使信号更加准确。与低通滤波器一样，高通滤波器也分为一阶、二阶、高阶等多种形式。

3. 带通和带阻滤波器：同时具备低通滤波器和高通滤波器的功能，即只允许某个过滤区间内的信号通过，而将其他信号过滤掉。带通滤波器主要应用于信号的分频、调制和解调等领域，而带阻滤波器则主要应用于滤除特定频率范围内的干扰信号，以保证信号的清晰。

这三大类滤波器的类型不仅可以根据截止频率的不同进行区分，而且在信号传输的稳定性、滤波器的复杂性、效率等方面也有不同的表现。