低通濾波器(LPF)的定義及應(yīng)用

濾波器可以定義為：它是一種用于重塑，修改和阻斷所有不需要的頻率的電路。通常，在低頻(<100 kHz)應(yīng)用中，無(wú)源濾波器使用電阻和電容組成。因此它被稱為無(wú)源RC濾波器。同樣，對(duì)于高頻(> 100 kHz)信號(hào)，無(wú)源濾波器可以設(shè)計(jì)為電阻 - 電感 - 電容組合。因此，這些電路被稱為無(wú)源RLC電路。通常使用三種濾波器設(shè)計(jì)：低通濾波器，高通濾波器和帶通濾波器本文討論低通濾波器。

1什么是低通濾波器

低通濾波器(LPF) 的定義是一種用于傳遞低頻信號(hào)，衰減高頻信號(hào)的濾波器。低通濾波器的頻率響應(yīng)主要取決于低通濾波器的設(shè)計(jì)以下是各型LPF介紹。

2一階低通濾波器

圖中顯示了一階LPF，請(qǐng)注意，積分器是LPF的基本構(gòu)建塊。

一階低通濾波器

低通濾波器傳遞函數(shù)是：輸出與頻率成反比減小(衰減)。如果頻率加倍輸出是一半(每增加一倍頻率為-6 dB)。

3二階低通濾波器

如下圖所示為二階低通濾波器。

二階低通濾波器

輸出與頻率的平方成反比地減小(衰減)，如果頻率加倍輸出。( - 每增加一倍頻率為12 dB)。

4采用運(yùn)算放大器的低通濾波器

運(yùn)算放大器的反饋環(huán)路可以與濾波器的基本元件結(jié)合使用，因此，通過使用除電感器之外的所需組件，可以輕松形成高性能LPF。

5采用運(yùn)算放大器的一階有源LPF電路

單極有源低通濾波器如下所示。使用運(yùn)算放大器的低通濾波器電路在反饋電阻兩端使用電容。當(dāng)頻率增加以增強(qiáng)反饋電平，電容器的無(wú)功阻抗下降時(shí)，該電路具有更好的效果。

采用運(yùn)算放大器的一階低通濾波器

可以通過處理電容的電抗等于電阻的頻率來(lái)完成該濾波器的計(jì)算。這可以通過使用以下公式獲得。

其中：Xc是以歐姆為單位的容抗;

π是標(biāo)準(zhǔn)字母，其值為3.412;

f是頻率(單位-Hz);

C是電容(Units-Farads)。

通過消除電容器的影響，可以以簡(jiǎn)單的方式計(jì)算這些電路的帶內(nèi)增益。

由于這些類型的電路有助于降低高頻增益，并且為每個(gè)倍頻程提供-6 dB的衰減，因此，這種濾波器被稱為一階或單極低通濾波器。

6采用運(yùn)算放大器的二階有源LPT電路

通過使用運(yùn)算放大器，可以設(shè)計(jì)具有不同增益水平的寬范圍濾波器以及衰減模型。

采用運(yùn)算放大器的二階有源LPF電路

其中：

在選擇值時(shí)，請(qǐng)確保電阻值在10千歐姆至100千歐姆的范圍內(nèi)。

7低通濾波計(jì)算器

對(duì)于RC 低通濾波器電路，通過計(jì)算交叉頻率并繪制相應(yīng)的圖譜，其被稱為波特圖。

例如：如果我們知道電路中電阻和電容的值，則可以使用以下公式計(jì)算低通濾波器傳遞函數(shù)。

計(jì)算給定電阻的頻率值以及電容值：

LPF波形

8低通濾波器應(yīng)用

低通濾波器的應(yīng)用包括：

低通濾波器用于電話系統(tǒng)，用于將揚(yáng)聲器中的音頻頻率轉(zhuǎn)換為帶限語(yǔ)音頻帶信號(hào)。

LPF用于過濾來(lái)自電路的高頻信號(hào)，稱為“噪聲”，當(dāng)信號(hào)通過該濾波器時(shí)，大部分高頻信號(hào)被消。

圖像處理中的低通濾波器用于增強(qiáng)圖像。

有時(shí)這些濾波器由于音頻應(yīng)用。

低通濾波器用于RC電路，RC電路稱為RC低通濾波器。

LPF用作RC電路的積分器。

在多速率DSP中，在執(zhí)行內(nèi)插器時(shí)，LPF用作反成像濾波器。類似地，當(dāng)執(zhí)行抽取器時(shí)，該濾波器用作抗混疊濾波器。

低通濾波器用于來(lái)自人體的醫(yī)療設(shè)備的信號(hào)，而使用電極的測(cè)試頻率較低。因此，這些信號(hào)可以流過LPF，以消除一些不需要的環(huán)境聲音。

這些濾波器用于轉(zhuǎn)換占空比幅度以及鎖相環(huán)中的相位檢測(cè)。

LPF在AM無(wú)線電中用于二極管檢測(cè)器，以將AM調(diào)制的中頻信號(hào)改變?yōu)橐纛l信號(hào)。

審核編輯：湯梓紅