滤波器和容抗简介

无源滤波器

无源滤波器不包含任何放大元件，仅由电阻器、电容器和电感器（无源元件）组成。这些滤波器不会从外部电池电源获取任何额外的电力。电容器将允许高频信号，电感器允许低频信号。同样，电感器限制高频信号的流动，电容器限制低频信号。在这些滤波器中，输出信号幅度总是小于施加的输入信号的幅度。无源滤波器的增益总是小于单位。这表明这些无源滤波器无法改善信号的增益。因此，滤波器的特性会受到负载阻抗的影响。这些滤波器也可以在接近500 MHz的更高频率范围内工作。

有源滤波器

有源滤波器的一些优点

• 运算放大器、电阻器、电容器、晶体管和FET的组合形成了一个集成电路，从而减小了滤波器的尺寸和重量。
• 运算放大器的增益可以很容易地以闭环形式控制。由于这个原因，输入信号不受限制。
• 这些适用于巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和考尔滤波器。

有源滤波器的主要缺点是工作频率范围较小。在许多应用中，有源滤波器的工作频率范围仅最大化到500 kHz。有源滤波器必须需要直流电源。与无源滤波器相比，这些有源滤波器更敏感。即使由于环境变化，输出也可能受到干扰。

滤波器是一个敏感电路，其中输出分量只是频率项。为了分析滤波器电路，频域表示是最好的。此表示形式如下所示。

滤波器M的幅度称为滤波器的增益。幅度通常以dB表示为20log （M）。

滤波器的一个重要特性是截止频率。它被定义为在频率响应中分隔通带和阻带的频率。通带是滤波器允许的频率范围，没有任何衰减。阻带定义为滤波器不允许的频率频带。

滤波器根据它们允许通过它们的信号频率进行分类。有四种类型的滤波器，它们是低通滤波器，带通滤波器，高通滤波器和带阻滤波器。由于使用了高速运算放大器和元件的近似值，理想响应和实际响应的特性几乎相等。

低通滤波器

低通滤波器将传递小于截止频率“fc”的频率信号。实际上，即使在截止频率范围之后，一小部分频率也会通过。滤波器的增益取决于频率。如果输入信号频率增加，则滤波器的增益减小。在过渡带结束时，增益变为零。如下所示。

其中虚线表示理想的滤波器特性，连续线表示实际的滤波器特性。

低通滤波器的应用是在各种类型的扬声器中的音响系统中。为了阻挡谐波发射，这些低通滤波器用于无线电发射器。这些也用于电话用户线路中的DSL分配器。

高通滤波器

它们将在截止频率“fc”之后通过频率。在实际情况下，滤波器允许低于截止范围的频率可以忽略不计。如下所示。

高通滤波器与低通滤波器的组合形成带通滤波器。高通滤波器的应用是射频电路，也用于DSL分路器。

带通滤波器

滤波器本身的名称表明它只允许某个频段的频率并阻止所有剩余的频率。带通滤波器的上限和下限取决于滤波器设计。带通滤波器的实用和理想特性如下所示。

带通滤波器的应用是发射器和接收器电路。这些主要用于计算接收器电路的灵敏度和优化信噪比。

带阻滤波器

这些也称为带阻或带消除滤波器。这些滤波器仅停止特定频段的频率，并允许所有其他频率。滤波器的频率限制取决于滤波器设计。虚线表示理想情况，其中连续线表示实际情况。它有两个通带和一个停止带。

带阻滤波器的应用是仪器放大器。

理想的滤波器频率响应

现在让我们看看不同滤波器的理想响应。这里 fL 表示较低的截止频率，fH 表示较高的截止频率。

低通滤波器的理想特性

该响应表明，低通滤波器将允许信号达到较低的截止频率，并停止高于较低截止频率的频率。

高通滤波器的理想特性

这表明高通滤波器将允许频率大于较高截止频率，并停止低于高截止频率的频率。

带通滤波器的理想特性

此响应表明，带通滤波器将仅通过较低截止区域和较高截止区域之间的频率。它停止小于较低截止频率的频率，并停止大于较高截止频率的频率。

带阻滤波器的理想特性

上图显示，大于较低截止频率的频率和低于较高截止频率的频率未被处理。

容抗

当电阻器与电容器串联时，形成RC电路。在RC电路中，电容器将从直流电源电压充电，当电源电压降低时，最终电容器也会通过降低其存储电荷来放电。不仅在直流供电时，甚至在交流电源的情况下，电容器也会根据电源电压电平连续充电和放电。

但是由于内阻，通过电容器的电流会有一些衰减。这种内阻称为容抗。'X_C'表示容抗，测量单位为欧姆，与电阻相同。

当容性电路中的频率根据频率变化量变化时，该容抗值也会发生变化。电子从一个板流向另一个板导致电路中的电流流动。但由于电子的运动，频率水平会有所不同。当通过电容器的频率增加时，容抗值降低，当通过电容器的频率降低时，容抗值增加。因此，我们可以说容抗与施加的频率水平成反比。这表明电路中连接的电容器取决于电源频率。这种现象称为复阻抗。

容抗公式

Xc= 1/（2π1c）

其中 Xc= 容抗

π = 3.142

f = 频率（赫兹）

c =电容单位为法拉 （F）。

容抗示例

让我们考虑两个频率来观察容抗现象。设f_1=1kHzandf_2=10kHz，电容c = 220nF。

在第一频率水平

X_C= 1/2πf1c = 723.4Ω

在第二频率级别：

X_C= 1/2πf2c= 72.34Ω

这清楚地表明，随着频率的增加，电抗降低。

容抗与频率的关系

上图显示，大于较低截止频率的频率和低于较高截止频率的频率未被处理。

分压器概念

我们已经在电阻器主题中研究了分压器概念，我们知道分压器电路能够产生输出电压，该输出电压是输入电压的一小部分。

V外= V在x （R2/ （R1+ R2))

在上述电路中，通过用电容器C代替电阻R2，两个元件上的压降随输入频率而变化，因为电容器的电抗随频率变化。现在，电容器两端的输出电压取决于输入频率。利用这个概念，我们可以通过在分压器电路中用电容器替换其中一个电阻来构建无源低通和高通滤波器。

低通滤波器中的电容行为

对于低通滤波器，电阻R2由电容C1代替。在正常频率下，电路如上图所示。当频率为零时，电抗值非常高，几乎等于无穷大。在这种情况下，电路充当开路。当频率非常高时，电抗值达到零，电路充当闭合电路。上图显示了这两种行为。

高通滤波器中的电容行为