高通、低通、带通三种滤波器的工作原理

滤波_视频讲解

图片来源视频

滤波是将信号中特定波段频率滤除，得到想要的频率信号的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。

滤波器主要有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器3种；

按照电路工作原理又可分为无源和有源滤波器2大类；

按照电容电感数量和滤波次数分：一阶、二阶、三阶滤波等

高通低通：用RLC器件构成，LC比RC损耗小，滤波效果更好

带通：有RC,LC,还有专用带通滤波器，通常用专用带通滤波器（三端和五端滤波器）

仅仅RC LC滤波的叫无源滤波

RC LC加上放大器的叫有源滤波

L 型、π型、T型

高通、低通、带通

RC ,L型滤波

通高频：电容串联在电路中，电阻接地

通低频：电阻串联在电路中，电容接地

RC ,π型滤波

RC ,π型有源滤波

RC滤波损耗大，RC滤波加上放大器和电源就构成有源滤波，后端负载对滤波器影响小

LC L型滤波

LC π型滤波

带通滤波器

五端带通滤波器比三端多2个地

LC谐振电路通频带平滑

低频和高频没有被选择输出，只有合适的频率谐振频率F0才会被选择输出最强的信号，输出顶端是一个平滑的曲线。

LC谐振电路，损耗小，常用语接收端高频选择

带通滤波器，损耗大，常用于中频滤波

带通滤波器输出顶端是比较平坦的，有很好的带通特性

T型滤波=L型+串电感/串电阻

或者说T型滤波=串电感/串电阻 +倒L型

低通原理：低频在电容的分压大，输出低频分量大

高通原理：低频在电容的分压大，输出高频分量大

滤波效果与前级信号源内阻有关，也与后级负载阻抗有关

一阶、二阶、三阶滤波器电路结构

几阶怎么计算：是按照有多少个储能器件即滤波次数有关。

注意：两个电容并联和两个电容串联算一阶

两个电容并联和两个电容串联算一阶

二阶滤波器

三阶滤波器

单纯电容滤波效果干扰输出0.16V

π型滤波效果（1000uf单电容拆成2个500uf电容π滤波）

干扰输出0.016V，仅原来的1/10

π型滤波，减少纹波，提高滤波效果，R选择：几欧姆~几十欧姆之间

1、低通滤波器

电感阻止高频信号通过而允许低频信号通过，电容的特性却相反。信号能够通过电感的滤波器、或者通过电容连接到地的滤波器对于低频信号的衰减要比高频信号小，称为低通滤波器。

低通滤波器原理很简单，它就是利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理。

对于需要截止的高频，利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过；

对于需要放行的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。

说明：负载是电阻、电感的感抗、电容的容抗三种类型的复物，复合后统称“阻抗”，写成数学公式即是：阻抗

。其中R为电阻，WL为感抗，1/WC为容抗，j为虚数单位。（1）如果，称为“感性负载”；（2）反之，如果称为“容性负载”。

最简单的低通滤波器由电阻和电容元件构成，如下图。该低通滤波器的作用是让低于转折频率f。的低频段信号通过，而将高于转折频率f。的信号去掉。

RC无源低通滤波器

RC无源低通滤波器的幅频特性曲线

这一低通滤波器的工作原理是这样：当输入信号Vin中频率低于转折频率f。的信号加到电路中时，由于C的容抗很大而无分流作用，所以这一低频信号经R输出。当Vin中频率高于转折频率f。时，因C的容抗已很小，故通过R的高频信号由C分流到地而无输出，达到低通的目的。这一RC低通滤波器的转折频率f。由下式决定：

低通滤波器除这种RC电路外，还可以是LC等电路形式。

2、高通滤波器

最简单的高通滤波器是“一阶高通滤波器”，它的的特性一般用一阶线性微分方程表示，它的左边与一阶低通滤波器完全相同，仅右边是激励源的导数而不是激励源本身。当较低的频率通过该系统时，没有或几乎没有什么输出，而当较高的频率通过该系统时，将会受到较小的衰减。

实际上，对于极高的频率而言，电容器相当于“短路”一样(容抗很小XC=1/2πfc)，这些频率，基本上都可以在电阻两端获得输出。换言之，这个系统适宜于通过高频率而对低频率有较大的阻碍作用，是一个最简单的“高通滤波器”，如下图。

RC元件构成的高通滤波器

RC高通滤波器的幅频特性曲线

这一电路的工作原理是这样：当频率低于f。的信号输入这一滤波器时，由于C1的容抗很大而受到阻止，输出减小，且频率愈低输出愈小。当频率高于f。的信号输入这一滤波器时，由于C1容抗已很小，故对信号无衰减作用，这样该滤波器具有让高频信号通过，阻止低频信号的作用。这一电路的转折频率f。由下式决定：

高通滤波器除可以用元件外，还可以用LC构成。

3、带通滤波器

带通滤波器是一种仅允许特定频率通过，同时对其余频率的信号进行有效抑制的电路。由于它对信号具有选择性，故而被广泛地应用现在电子设计中。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。

带通滤波器的作用

一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减。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的dB数来表示。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。

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