原创 『整理』关于模拟滤波电路

摘要：关于滤波器的原理与分析

一、基本概念

        任何一个电子系统都具有自己的频带宽度（对信号最高频率的限制），频率特性反映出了电子系统的这个基本特点。而滤波器，则是根据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出来的工程应用电路。滤波电路是一种能是有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置。工程上常用它来作信号处理、数据传送和抑制干扰。

    交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。

        用模拟电子电路对模拟信号进行滤波，其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。根据频率滤波时，是把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号，通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。以往这种滤波电路主要采用无源器件R、C、L组成。后来集成运放迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感，体积小，重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益，和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以做的很高，以及难于对功率信号进行滤波，这是它的不足。 

        常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。

二、有源滤波电路的分类

通常用幅频响应来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波电路的失真小，则相位或时延响应都要考虑。当相位响应做线性变换时，即时延响应为常数时，输出信号才可能避免失真。

对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。理想的滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内幅度衰减到0.按照通带和阻带的相互位置不同，滤波电路通常分为以下几类：

1.当允许信号中较高频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做高通滤波器LPF。理论上说，它的带宽是无限的，实际上，由于受到有源器件和外接元件以及杂散参数的影响，带宽受到限制，高通滤波器的带宽也是有限的。

2.当允许信号中较低频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做低通滤波器HPF。

3.当只允许信号中某个频率范围内的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做带通滤波器BPF。

除以上三种外还有，带阻滤波器BEF和全通滤波器APF。带阻滤波器有两个通带，它抑制频带中心所在角频率也叫中心角频率。全通滤波器没有阻带，他的通带无穷大，但相移的大小随频率改变。

理想滤波器的行为特性通常用幅度-频率特性图描述，也叫做滤波器电路的幅频特性。理想滤波器的幅频特性如图所示。

三、电容滤波

    电容器是一个储存电能的仓库。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。

        滤波电容的作用简单讲是使滤波后输出的电压为稳定的直流电压，其工作原理是整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，在充放电的过程中，使输出电压基本稳定。

       滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。

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附：滤波器的分类

1.按元件分类，滤波器可分为：有源滤波器、无源滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、锁相环滤波器、开关电容滤波器等。

2.按信号处理的方式分类，滤波器可分为：模拟滤波器、数字滤波器。

3.按通频带分类，滤波器可分为：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。

　　除此之外，还有一些特殊滤波器，如满足一定频响特性、相移特性的特殊滤波器，例如，线性相移滤波器、时延滤波器、音响中的计杈网络滤波器、电视机中的中放声表面波滤波器等。

4.按通频带分类，有源滤波器可分为：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）等。

5.按通带滤波特性分类，有源滤波器可分为：最大平坦型（巴特沃思型）滤波器、等波纹型（切比雪夫型）滤波器、线性相移型（贝塞尔型）滤波器等。

6.按运放电路的构成分类，有源滤波器可分为：无限增益单反馈环型滤波器、无限增益多反馈环型滤波器、压控电源型滤波器、负阻变换器型滤波器、回转器型滤波器等。