滤波器介绍_滤波器的应用及讨论

电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。

滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概率，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。因为自变量时间‘是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号（AnalogSignal）。

随着数字式电子计算机（一般简称计算机）技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。

滤波器的应用及讨论----电视、雷达方面的应用

数字电视取代模拟电视已是必然趋势。高清晰度电视的普及指日可待，与之配套的视频光盘技术已形成具有巨大市场的产业；可视电话和会议电视产品不断更新换代。视频压缩和音频压缩技术所取得的成就和标准化工作，促成了电视领域产业的蓬勃发展，而数字滤波器及其相关技术是视频压缩和音频压缩技术的重要基础。

雷达信号占有的频带非常宽，数据传输速率也非常高，因而压缩数据量和降低数据传输速率是雷达信号数字处理面临的首要问题。告诉数字器件的出现促进了雷达信号处理技术的进步。在现代雷达系统中，数字信号处理部分是不可缺少的，因为从信号的产生、滤波、加工到目标参数的估计和目标成像显示都离不开数字滤波技术。雷达信号的数字滤波器是当今十分活跃的研究领域之一。声纳信号处理分为两大类，即有源声纳信号处理和无源声纳信号处理，有源声纳系统涉及的许多理论和技术与雷达系统相同。

滤波器的应用及讨论----控制系统的应用

在控制系统中，信号的特征与通信系统中的许多应用都有一个显着的区别，就是其频率往往比较低，往往只有是几百甚至几十Hz，高的情况也不过几千Hz;例如即使是在性能很高的电机调速系统中，其闭环的电流内环的带宽往往也只能达到1kHz左右，所以在这些应用中，除了A/D输入端的抗混叠滤波器以外，其它滤波器的截止频率基本是不超过1kHz的（如果超过了就没有实际意义了，因为系统中更高频率的信号很少，系统本身的低带宽使得它看起来像一个低通滤波器）。

在控制系统中，使用最多的就属低通滤波器了。低通滤波器的滤波效果无庸置疑，但是它对控制系统的负面影响也是显而易见的。低通滤波器会引起波特图中，增益频率穿越处的相位滞后，从而减小稳定裕度，给控制系统带来不稳定性。

例如，一个双极点的低通滤波器，假设其带宽为800Hz，则输出信号的幅值在前面几百Hz都是几乎无衰减的，直到800Hz时才衰减到70.7%;但是其相位可以从80Hz的时候就开始快速下降了。如果一个控制系统中有多个这样的滤波器，则几个这样的滤波器一叠加，再加上其它的延时环节，整个系统的相位裕度就非常小了，甚至很容易达到180度的相位延时；如果整好反馈增益又为1，则整个控制系统就彻底不稳定了（相当于正反馈）。所以在控制系统中使用滤波器时，都是小心、谨慎，尽可能地减小相位延迟对整个闭环系统的影响。

滤波器的应用及讨论----通信行业的应用

为了满足大规模数据中心机房的运行需要，通信配电系统中的UPS使用容量在大幅上升。据调查，通信低压配电系统主要的谐波源设备为UPS、开关电源、变频空调等。

其产生的谐波含量都较高，且这些谐波源设备的位移功率因数极高。通过使用有源滤波器可以提高通信系统及配电系统的稳定性，延长通信设备及电力设备的使用寿命，并且使配电系统更符合谐波环境的设计规范。

滤波器的应用及讨论----医院系统的应用

医院对供电的连续性和可靠性有非常严格的要求，0类场所自动恢复供电时间T≤15S，1类场所自动恢复供电时间0.5S≤T≤15S，2类场所自动恢复供电时间T≤0.5S，电压总谐波畸变率THDu≤3%，X光机、CT机、核磁共振都是谐波含量极高的负载。

滤波器的应用及讨论----在机场的应用

电力系统谐波产生的根本原因是一些具有非线性伏安特性的输配电和用电设备。当电流流经非线性负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成了非正弦波电流，从而产生谐波。谐波污染越来越多地威胁到电力系统安全、稳定、经济运行，给同一网络的线性负载和其它用户带来了极大影响。

飞机作为一种便捷的交通方式给人们日常交通生活带来了多样化的选择，随之机场也在逐年扩建。但在机场的低压配电系统中，存在着大量的谐波源，如机场助航灯、直流电机、电炉、轧机、电焊机等，这些谐波源具有电流畸变大、谐波频谱范围广、无功需求变化快等特点。

使用滤波器时的注意事项

1.“干净地”

如果决定使用滤波器，在布线时就要注意在电缆端口处留出一块“干净地”，滤波器和连接器都安装在“干净地”上。通过前面的讨论，可知信号地线上的干扰是十分严重的。如果直接将电缆的滤波电容连接到这种地线上，会造成严重的共模辐射问题。为了取得较好的滤波效果，必须准备一块干净地。并与信号地只能在一点连接起来，这个流通点称为“桥”，所有信号线都从桥上通过，以减小信号环路面积。

2.并排设置

同一组电缆内的所有导线的未滤波部分在-起，已滤波部分在一起。否则，一根导线的耒滤波部分会将另一根导线的已滤波部分重新污染9使电缆整体滤波失效。3.靠近电缆：滤波器与面板之间的导线的距离应尽量短。必要时，使用金属板遮挡一下，隔离近场干扰。

4.接地线短

考虑到引脚的电感效应，滤波器的局部布线和设计线路板与机箱（金属板）的连接结构时要特别注意。