滤波器和容性电抗导论

介绍

电滤波器是一种电路,旨在拒绝电信号的所有不需要的频率分量,并仅允许所需的频率。换句话说,过滤器是允许仅频道的电路。过滤器的主要应用在音频均衡器处,并且在输入信号应该是条件的敏感电子设备。这些滤波器主要分为2种。它们是活动过滤器和无源过滤器。

无源滤波器

无源滤波器不包含任何放大元件,只需由电阻器,电容器和电感器(无源元件)构成。这些过滤器不会从外部电池供电中汲取任何额外的电源。电容器将允许高频信号和电感允许低频信号。类似地,电感器限制高频信号的流量,电容器限制较低频率信号。在这些滤波器中,输出信号幅度始终小于所施加的输入信号的幅度。无源滤波器的增益总是小于团结。这表明这些无源滤波器不能改善信号的增益。由于这种情况,过滤器的特性受到负载阻抗的影响。这些过滤器可以在较高频率范围内工作,几乎在500 MHz。

活动过滤器

有源滤波器包含放大元件,如运放、晶体管和FET(有源元件),以及无源元件(电阻、电容和电感)。通过使用这些滤波器,我们可以克服无源滤波器的缺点。有源滤波器将依赖于外部电源,因为它将放大输出信号。没有任何电感元件,这些可以实现谐振频率,即输入阻抗和输出阻抗相互抵消。在以后的一年里进行了无电感滤波器的设计。因为电感会消耗一些能量并产生杂散磁场。不仅存在这些问题,而且由于电感器的作用,有源滤波器的尺寸增大。因此,由于这些原因,电感在有源滤波器的使用减少。

有源过滤器的一些优点

  • OP-AMPS,电阻器,电容器,晶体管和FET的组合给出了集成电路,这反过来又降低了过滤器的尺寸和重量。
  • 可以在闭环形式中容易地控制OP-AMP的增益。由于此原因,输入信号不受限制。
  • 这些适用于Butterworth滤波器,Chebyshev和Cauer过滤器。

主动滤波器的主要缺点是操作频率范围较少。在许多应用中,有源滤波器的操作频率范围仅最大化为500 kHz。有源滤波器必须要求D.C电源。与无源滤波器相比,这些活动过滤器更敏感。甚至由于环境变化也可能打扰输出。

滤波器是一种敏感电路,其输出元件只有频率项。对滤波电路的分析,频域表示是最好的。这种表示如下所示。

滤波器M的幅度称为滤波器的增益。幅度通常表示为20Log(m)。

滤波器的一个重要特征是截止频率。它被定义为在频率响应中分离通带和停止带的频率。通过带是过滤器允许的频率范围而不衰减。停止频段被定义为过滤器不允许的频带。

基于它们允许通过它们的信号的频率来分类过滤器。它们有四种类型的过滤器,它们是低通滤波器,带通滤波器,高通滤波器和带停止滤波器。由于使用高速OP-AMP和近似值的组件的理想和实际响应的特征几乎相等。

低通滤波器

低通滤波器将通过频率信号小于截止频率的频率'FC'。实际上,即使在截止频率范围之后,也将通过一小范围。过滤器的增益将取决于频率。如果输入信号频率增加,则滤波器的增益减小。在转换带的末尾,增益变为零。这如下所示。

图低通量1

其中虚线表示理想滤波器特性,连续线表示实际滤波器特性。

低通滤波器的应用处于各种类型的扬声器的声音系统中。为了阻止谐波排放,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中的DSL分离器。

高通滤波器

它们会在切断频率'FC'后通过频率。在实际情况下,滤波器允许截止距离下方的可忽略频率。这如下所示。

无花果:高pass1作为

具有低通滤波器的高通滤波器的组合形成带通滤波器。高通滤波器的应用在RF电路上,也用于DSL分离器。

带通滤波器

过滤器本身的名称表示,它仅是一定的频带,并阻止所有剩余频率。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。

图:乐队Pass1

带通滤波器的应用处于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并优化信噪比。

频段停止过滤器

这些也被称为带抑制或带消除滤波器。这些滤波器只停止特定频带的频率,允许所有其他频率。滤波器的频率限制取决于滤波器的设计。虚线表示理想情况,而连续线表示实际情况。它有两个通带和一个阻带。

:频段停止1

带阻滤波器应用于仪表放大器。

理想过滤频率响应

现在让我们看看不同过滤器的理想响应。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

无花果:低pass2

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

高通滤波器的理想特性

无花果:高pass2

这表明高通滤波器将允许大于较高切断频率的频率,并且停止比高切断频率更小的频率。

理想的带通滤波器特性

图 - 乐队Pass2

该响应表明,频带通滤波器将仅通过较低截止区域和更高截止区域之间的频率。它停止频率小于较低的截止频率,并且还停止频率大于更高的截止频率。

带停止过滤器的理想特性

图 - 乐队停止2

上图显示了大于较低截止频率的频率和低于较高截止频率的频率没有进行处理。

电容电抗

当电阻与电容器串联连接时,形成RC电路。在RC电路中,电容器将从D.C电源电压充电,并且当电源电压降低时,最终电容器也通过降低其存储电荷来放电。甚至在A.C供应的情况下,不仅在D.C供电时也根据电源电压电平,电容器将不断充电和放电。

但由于内部电阻,通过电容器的电流流动将存在一些衰减。这种内阻被称为电容电抗。'X_C'Indicate电容电抗,它以与电阻相同的欧姆测量。

当根据频率变化量在电容电路中在电容电路中变化时,该电容电抗值也会改变。从一个板到另一个板的电子流动导致电路中的电流。但由于电子的运动,频率水平变化。当通过电容器的频率增加电容电抗值减小并且当通过电容器的频率降低电容电抗值时增加。因此,通过这,我们可以说电容电抗与施加的频率水平成反比。这表明在电路中连接的电容取决于电源频率。这种现象称为复杂阻抗。

容抗公式

XC= 1 /(2π1 c)

其中xC=电容电抗

π= 3.142

F=频率(Hz)

c =Farads(F)的电容。

电容电抗示例

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

在第一频率水平

X_C = 1 /2πF1C=723.4Ω

在第二频级:

X_C = 1/2πf2c = 72.34Ω

这清楚地表明,随着频率的增加,电抗减小。

电容电抗与频率

从上面的频率介相电容局部,我们可以观察到,当频率为零时,电抗值达到无穷大,这示出了开路的现象。当频率的值以指数呈指数增加而增加的电抗值减小。当频率达到无穷大时,近零的电抗值这使得我们闭合电路行为。

分压器概念

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

V.出去= V.x (R2/ (R1+ R2)))

通过在上述电路中用电容器C替换电阻器R2,两个部件的电压降随输入频率而改变,因为电容器的电抗随频率而变化。现在电容器上的输出电压取决于输入频率。使用该概念,我们可以通过用分压器电路中的电容器更换电容器之一来构建无源低通滤波器。

低通滤波器中的电容特性

图:低通滤波器中的电容

对于低通滤波器,电阻器R2由电容器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。在该条件电路中充当开路。当频率非常高时,电抗值达到零,电路用作闭合电路。这两种行为都以上图显示。

高通滤波器中的电容器行为

:高通滤波器中的电容

对于高通滤波器,将电阻R1替换为电容C1。从上图可以清楚地看出,在正常频率下,该电路就像一个高通滤波器电路。最初在频率值为零时,电路表现为开路。当频率增加时,电抗将指数下降。在某一时刻,频率达到无穷大,从而影响电抗达到零状态。这些电路的行为如上图所示。

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