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濾波器分類詳細介紹

濾波器分類詳細介紹

  • 分類:行業新聞
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  • 來源:
  • 2018年09月06日

【概要描述】

濾波器分類詳細介紹

【概要描述】

  • 2018-09-06
詳情

電源濾波器就是對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電器設備。電源濾波器的功能就是通過在電源線中接入電源濾波器,得到一個特定頻率的電源信號,或消除一個特定頻率后的電源信號。

 

利用電源濾波器的這個特性,可以將通過電源濾波器后的一個方波群或復合噪波,變成一個特定頻率的正弦波。

 

大功率電源的濾波器如Satons、UBS、變頻器等將會產生大量諧波電流,這類濾波器需采用有源電力濾波器APF。APF可對2~50次諧波電流進行濾除。

 

濾波器響應類型

 

巴特沃斯響應(最平坦響應)

 

巴特沃斯響應能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應非常平坦,非常接近DC信號,然后慢慢衰減至截止頻率點為-3dB,最終逼近-20ndB/decade的衰減率,其中n為濾波器的階數。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應用,其對于維護增益的平坦性來說非常重要。

 

 

貝塞爾響應
 

除了會改變依賴于頻率的輸入信號的幅度外,濾波器還會為其引入了一個延遲。延遲使得基于頻率的相移產生非正弦信號失真。就像巴特沃斯響應利用通帶最大化了幅度的平坦度一樣,貝塞爾響應最小化了通帶的相位非線性。

 

 

切貝雪夫響應

 

在一些應用當中,最為重要的因素是濾波器截斷不必要信號的速度。如果你可以接受通帶具有一些紋波,就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。

濾波器階數

 

濾波器的階數是指在濾波器的傳遞函數中有幾個極點.階數同時也決定了轉折區的下降速度,一般每增加一階(一個極點),就會增加一20dBDec(一20dB每十倍頻程)。

 

 

濾波器主要分類

 

    按所處理的信號分為模擬濾波器和數字濾波器兩種。

 

    按所通過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。

 

    低通濾波器:它允許信號中的低頻或直流分量通過,抑制高頻分量或干擾和噪聲;

 

    高通濾波器:它允許信號中的高頻分量通過,抑制低頻或直流分量;

 

    帶通濾波器:它允許一定頻段的信號通過,抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲;

 

    帶阻濾波器:它抑制一定頻段內的信號,允許該頻段以外的信號通過。

 

按所采用的元器件分為無源和有源濾波器兩種。

 

無源濾波器:僅由無源元件組成的濾波器,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成的。這類濾波器的優點是:電路比較簡單,不需要直流電源供電,可靠性高;缺點是:通帶內的信號有能量損耗,負載效應比較明顯,使用電感元件時容易引起電磁感應,當電感L較大時濾波器的體積和重量都比較大,在低頻域不適用。

 

有源濾波器:由無源元件和有源器件組成。這類濾波器的優點是:通帶內的信號不僅沒有能量損耗,而且還可以放大,負載效應不明顯,多級相聯時相互影響很小,利用級聯的簡單方法很容易構成高階濾波器,并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽;缺點是:通帶范圍受有源器件的帶寬限制,需要直流電源供電,可靠性不如無源濾波器高,在高壓、高頻、大功率的場合不適用。

 

 

根據濾波器的安放位置不同,一般分為板上濾波器和面板濾波器。

板上濾波器安裝在線路板上,如PLB、JLB系列濾波器。這種濾波器的優點是經濟,缺點是高頻濾波效果欠佳。其主要原因是:

 

   1、濾波器的輸入與輸出之間沒有隔離,容易發生耦合;

 

   2、濾波器的接地阻抗不是很低,削弱了高頻旁路效果;

 

   3、濾波器與機箱之間的一段連線會產生兩種不良作用: 一個是機箱內部空間的電磁干擾會直接感應到這段線上,沿著電纜傳出機箱,借助電纜輻射,使濾波器失效;另一個是外界干擾在被板上濾波器濾波之前,借助這段線產生輻射,或直接與線路板上的電路發生耦合,造成敏感度問題;

 

濾波陣列板、濾波連接器等面板濾波器一般都直接安裝在屏蔽機箱的金屬面板上。由于直接安裝在金屬面板上,濾波器的輸入與輸出之間完全隔離,接地良好,電纜上的干擾在機箱端口上被濾除,因此濾波效果相當理想。

 

 

濾波器常見種類

模擬濾波器

模擬濾波器在測試系統或專用儀器儀表中是一種常用的變換裝置。例如:帶通濾波器用作頻譜分析儀中的選頻裝置;低通濾波器用作數字信號分析系統中的抗頻混濾波;高通濾波器被用于聲發射檢測儀中剔除低頻干擾噪聲;帶阻濾波器用作電渦流測振儀中的陷波器,等等。

 

    用于頻譜分析裝置中的帶通濾波器,可根據中心頻率與帶寬之問的數值關系,分為兩種:

 

    一種是帶寬B不隨中心頻率人而變化,稱為恒帶寬帶通濾波器,其中心頻率處在任何頻段上時,帶寬都相同;

 

    另一種是帶寬B與中心頻率人的比值是不變的,稱為恒帶寬比帶通濾波器,其中心頻率越高,帶寬也越寬。

 

 

低通濾波器

 

低通濾波器是指車載功放中能夠讓低頻信號通過而不讓中、高頻信號通過的電路,其作用是濾去音頻信號中的中音和高音成分,增強低音成分以驅動揚聲器的低音單元。由于車載功放大部分都是全頻段功放,通常采用AB類放大設計,功率損耗比較大,所以濾除低頻段的信號,只推動中高頻揚聲器是節省功率、保證音質的最佳選擇。此外高通濾波器常常和低通濾波器成對出現,不論哪一種,都是為了把一定的聲音頻率送到應該去的單元。

 

 

低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過,但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。對于不同濾波器而言,每個頻率的信號的減弱程度不同。當使用在音頻應用時,它有時被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。

 

低通濾波器概念有許多不同的形式,其中包括電子線路(如音頻設備中使用的hiss濾波器、平滑數據的數字算法、音障(acoustic barriers)、圖像模糊處理等等,這兩個工具都通過剔除短期波動、保留長期發展趨勢提供了信號的平滑形式。

 

 

低通濾波器在信號處理中的作用等同于其它領域如金融領域中移動平均數所起的作用;低通濾波器有很多種,其中,最通用的就是巴特沃斯濾波器。

 

 

帶通濾波器

 

1、帶通濾波器的工作原理:

 

一個理想的濾波器應該有一個完全平坦的通帶,例如在通帶內沒有增益或者衰減,并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉,另外,通帶外的轉換在極小的頻率范圍完成。實際上,并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠將期望頻率范圍外的所有頻率完全衰減掉,尤其是在所要的通帶外還有一個被衰減但是沒有被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現象,并且使用每十倍頻的衰減幅度dB來表示。通常,濾波器的設計盡量保證滾降范圍越窄越好,這樣濾波器的性能就與設計更加接近。然而,隨著滾降范圍越來越小,通帶就變得不再平坦—開始出現“波紋”。這種現象在通帶的邊緣處尤其明顯,這種效應稱為吉布斯現象。

 

除了電子學和信號處理領域之外,帶通濾波器應用的一個例子是在大氣科學領域,很常見的例子是使用帶通濾波器過濾3到10天時間范圍內的天氣數據,這樣在數據域中就只保留了作為擾動的氣旋。

 

在頻帶較低的剪切頻率f1和較高的剪切頻率f2之間是共振頻率,這里濾波器的增益最大,濾波器的帶寬就是f2和f1之間的差值。

 

2、帶通濾波器的應用區域:

 

許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器,以選出各個不同頻段的信號,在顯示上利用發光二極管點亮的多少來指示出信號幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率 ,在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1,品質因數 ,3dB帶寬B=1/(п*R3*C)也可根據設計確定的Q、fo、Ao值,去求出帶通濾波器的各元件參數值。R1=Q/(2пfoAoC),R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC),R3=2Q/(2пfoC)。上式中,當fo=1KHz時,C取0.01Uf。此電路亦可用于一般的選頻放大。 有源帶通濾波器電路,此電路亦可使用單電源,只需將運放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻R2下端接到運放正輸入端既可。

 

數字濾波器

 

與模擬濾波器相對應,在離散系統中廣泛應用數字濾波器。它的作用是利用離散時間系統的特性對輸入信號波形或頻率進行加工處理?;蛘哒f,把輸入信號變成一定的輸出信號,從而達到改變信號頻譜的目的。數字濾波器一般可以用兩種方法來實現:一種方法是用數字硬件裝配成一臺專門的設備,這種設備稱為數字信號處理機;另一種方法就是直接利用通用計算機,將所需要的運算編成程序讓通用計算機來完成,即利用計算機軟件來實現。

 

聲表面波濾波器

 

聲表面波是指聲波在彈性體表面的傳播,這個波被稱為彈性聲表面波。聲表面波的傳播速度比電磁波的速度約小10萬倍。聲表面波濾波器是采用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料,利用其壓電效應和聲表面波傳播的物理特性而制成的一種濾波專用器件,廣泛應用于電視機及錄像機中頻電路中,以取代LC中頻濾波器,使圖像、聲音的質量大大提高。

 

SAW 聲表濾波器、聲表諧振器,是在壓電基片材料表面產生并傳播、且其振幅隨深入基片本材料的深度增加而迅速減少的的彈性波。聲表面波(SAW)是傳播于壓電晶體表面的機械波,其聲速僅為電磁波速的十萬分之一,傳播衰耗很小。

 

SAW 聲表器件是在壓電基片上采用微電子工藝技術制作叉指形電聲換能器和反射器耦合器等,利用基片材料的壓電效應,通過輸入叉指換能器(IDT)將電信號轉換成聲信號,并局限在基片表面傳播,輸出IDT將聲信號恢復成電信號,實現電-聲-電的變換過程,完成電信號處理過程,獲得各種用途的電子器件。采用了先進微電子加工技術制造的聲表面波器件,具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設計靈活等優點。

 

介質濾波器

 

介質濾波器利用介質陶瓷材料的低損耗、高介電常數、頻率溫度系數和熱膨脹系數小、可承受高功率等特點設計制作的,由數個長型諧振器縱向多級串聯或并聯的梯形線路構成。其特點是插入損耗小、耐功率性好、帶寬窄,特別適合CT1,CT2,900MHz,1.8GHz,2.4GHz,5.8GHz,便攜電話、汽車電話、無線耳機、無線麥克風、無線電臺、無繩電話以及一體化收發雙工器等的級向耦合濾波。

 

有源電力濾波器

 

有源電力濾波器是一種動態抑制諧波和補償無功的電力電子裝置,它能對頻率和大小都變化的諧波和無功進行補償,可以彌補無源濾波器的缺點,獲得比無源濾波器更好的補償特性,是一種理想的補償諧波裝置。早在70年代,有源電力濾波器的基本原理和主電路拓撲結構就已被確定,但由于受當時的技術條件限制,未能使有源電力濾波器得以實施。進入80年代后,新型電力電子器件的出現、PWM控制技術的發展以及瞬時無功功率理論的提出,極大地促進了有源電力濾波器技術的發展。國外已開始在工業和民用設備上廣泛使用有源電力濾波器,并且單機裝置的容量逐步提高,其應用領域從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統供電質量的方向發展。

 

濾波器使用注意

 

板上濾波器雖然對高頻的濾波效果不理想,但是如果應用得當,可以滿足大部分民用產品電磁兼容的要求。在使用時要注意以下事項:

 

    1、“干凈地”:如果決定使用板上濾波器,在布線時就要注意在電纜端口處留出一塊“干凈地”,濾波器和連接器都安裝在“干凈地”上。通過前面的討論,可知信號地線上的干擾是十分嚴重的。如果直接將電纜的濾波電容連接到這種地線上,會造成嚴重的共模輻射問題。為了取得較好的濾波效果,必須準備一塊干凈地。并與信號地只能在一點連接起來,這個流通點稱為“橋”,所有信號線都從橋上通過,以減小信號環路面積。

 

    2、并排設置:同一組電纜內的所有導線的未濾波部分在—起,已濾波部分在一起。否則,一根導線的未濾波部分會將另一根導線的已濾波部分重新污染9使電纜整體濾波失效。

 

    3、靠近電纜:濾波器與面板之間的導線的距離應盡量短。必要時,使用金屬板遮擋一下,隔離近場干擾。

 

    4、與機箱接:安裝濾波器的干諍地要與金屬機箱可靠地搭接起來,如果機箱不是金屬的,就在線路板下方設置一塊較大的金屬板來作為濾波地。干凈地與金屬機箱之間的搭接要保證很低的射頻阻抗。如有必要,可以使用電磁密封襯墊搭接,增加搭接面積,減小射頻阻抗。

 

    5、接地線短:考慮到引腳的電感效應,其重要性前面已討淪,濾波器的局部布線和設計線路板與機箱(金屬板)的連接結構時要特別注意。

 

 

 

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