高通濾波器的工作原理及主要分類(lèi)

高通濾波器，又稱(chēng)低截止濾波器、低阻濾波器，允許高于某一截頻的頻率通過(guò)，而大大衰減較低頻率的一種濾波器 。它去掉了信號(hào)中不必要的低頻成分或者說(shuō)去掉了低頻干擾。

高通濾波器是一種讓某一頻率以上的信號(hào)分量通過(guò)，而對(duì)該頻率以下的信號(hào)分量大大抑制的電容、電感與電阻等器件的組合裝置。其特性在時(shí)域及頻域中可分別用沖激響應(yīng)及頻率響應(yīng)描述。

后者是用以頻率為自變量的函數(shù)表示，一般情況下它是一個(gè)以復(fù)變量jω為自變量的的復(fù)變函數(shù)，以H(jω)表示。它的模H(ω)和幅角φ(ω)為角頻率ω的函數(shù)，分別稱(chēng)為系統(tǒng)的“幅頻響應(yīng)”和“相頻響應(yīng)”，它分別代表激勵(lì)源中不同頻率的信號(hào)成分通過(guò)該系統(tǒng)時(shí)所遇到的幅度變化和相位變化。

可以證明，系統(tǒng)的“頻率響應(yīng)”就是該系統(tǒng)“沖激響應(yīng)”的傅里葉變換。當(dāng)線性無(wú)源系統(tǒng)可以用一個(gè)N階線性微分方程表示時(shí)，頻率響應(yīng)H(jω)為一個(gè)有理分式，它的分子和分母分別與微分方程的右邊和左邊相對(duì)應(yīng)。

(1)按照所采用的器件不同分類(lèi)有源高通濾波器、無(wú)源高通濾波器。

無(wú)源高通濾波器： 僅由無(wú)源元件(R、L 和C)組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變化的原理構(gòu)成的。這類(lèi)濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：電路比較簡(jiǎn)單，不需要直流電源供電，可靠性高;缺點(diǎn)是：通帶內(nèi)的信號(hào)有能量損耗，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時(shí)容易引起電磁感應(yīng)，當(dāng)電感L較大時(shí)濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。

有源高通濾波器：由無(wú)源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運(yùn)算放大器)組成。這類(lèi)濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：通帶內(nèi)的信號(hào)不僅沒(méi)有能量損耗，而且還可以放大，負(fù)載效應(yīng)不明顯，多級(jí)相聯(lián)時(shí)相互影響很小，利用級(jí)聯(lián)的簡(jiǎn)單方法很容易構(gòu)成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件);缺點(diǎn)是：通帶范圍受有源器件(如集成運(yùn)算放大器)的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無(wú)源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場(chǎng)合不適用。

(2)按照濾波器的數(shù)學(xué)特性分為一階高通濾波器、二階高通濾波器等。

以上兩種分類(lèi)方法相互獨(dú)立。有源高通濾波器更為常見(jiàn)，如一階有源高通濾波器、二階有源高通濾波器等。其中一階有源高通濾波器較為簡(jiǎn)單，其電路原理圖和幅頻特性曲線分別如圖所示。

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審核編輯：湯梓紅