无源带通RC滤波器

在之前的教程中,我们已经看到了低欧宝平台正规吗通滤波器和高通滤波器。在本教程中,我们将学习另一类滤波器,即带通滤波器。特别是,我们将学习无源带通RC滤波器的基本电路、功能、频率响应、应用等。

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介绍

我们可以说带通滤波器是低通滤波器和高通滤波器的组合。滤波器的名称本身表明它只允许特定频带的频率,并阻止所有剩余的频率。

在音频应用中,有时需要只通过一定的频率范围,这个频率范围不以0Hz开始,也不以非常高的频率结束,但这些频率在一定范围内,或宽或窄。这些频带的频率通常称为带宽。

图:带通滤波器框图

无源带通滤波器

带通滤波器由无源低通滤波器和无源高通滤波器串联而成。这种安排将提供一个只通过某些频率的选择性滤波器。这种新的RC滤波电路既可以通过窄幅频率,也可以通过宽幅频率。

这一通道范围的频率是窄或宽范围将取决于无源低通和高通滤波器级联的方式。上、下截止频率取决于滤波器的设计。这个带通滤波器看起来就像一个频率选择滤波器。

无源带通RC滤波图像

上图为带通滤波器电路。给定的输入是一个正弦信号。低通和高通组合的特性给出了带通滤波器。通过将一组RC元件串联和另一组RC元件并联,该电路表现得像一个带通滤波器。

这给了我们一个二阶滤波器,因为电路有两个无功元件。一个电容属于低通滤波器,另一个电容属于高通滤波器。在输入信号没有任何变化的情况下,这个带通滤波器将通过一定的频率范围。这个滤波器不会在信号中产生任何额外的噪声。

电路的截止频率可计算如下:

fC= 1 /(2πRC)

通过调整高通滤波器和低通滤波器的截止频率,可以得到带通滤波器合适的通带宽度。

由于该滤波器通过一个频带的频率,该滤波器包含两个截止频率,较低的截止频率' fl'和更高的截止频率' fH”。因此,通过滤波器的频率范围称为滤波器的频带宽度。一般情况下,电路的频带宽度可以用频率的f来计算H和fl”。

BW = fH- fl

在那里,fH’为高通滤波器的截止频率,’为fl’为低通滤波器的截止频率。“BW”是滤波器的带宽。带通滤波器将通过高于高通滤波器截止频率和低于低通滤波器截止频率的频率。

这说明低通滤波器的截止频率必须高于高通滤波器的截止频率。

带通滤波器采用R、L、C元件

使用电感、电容、电阻设计的带通滤波器电路如下所示。

图:使用R、L、C元件的带通滤波电路

带通滤波器的中心频率也称为“共振峰”,可以用下面的公式来表示。

fc= 1/2π√(LC)

式中L =电感器的电感量,其单位为Henry (H)。

C =以法拉为单位的电容器的电容(F)。

我们也可以设计带有电感的带通滤波器,但我们知道,由于电容的高抗,RC元件的带通滤波器设计比RL电路更有优势。

带通滤波器的频率响应

无花果:频率响应

极点频率近似等于最大增益的频率。

带通滤波器的频率响应曲线如下所示:由于电路的输入电抗的不同,带通滤波器的理想特性和实际特性是不同的。

图:带通滤波器的频率响应

输入信号的增益可以通过取20log (V)来计算/ V)。根据电路的固有特性,这个范围可以很大。信号在低频衰减,输出以每十年+20分贝或每倍频增加6分贝的斜率递增,直到频率达到更低的截止频率' fL '。

在此频率下,信号增益达到值1/√2 = 70.7%。

截止频率后fl输出将随着频率的增加而增加,每十进位频率为-20 dB,并获得最大增益,该增益保持不变,直到达到更高的截止频率“f_H”。在较高的截止频率后,输出以-20dB/decade或-6dB/octave的斜率下降。

之前我们已经看到,一阶滤波器的相移是90°。我们知道带通滤波器是二阶滤波器所以相移是一阶滤波器的两倍即180°。相位角随频率的增加而变化。在中心频率时,输出和输入信号彼此是同步的。

谐振频率以下输出信号超前于输入信号,谐振频率以上输出信号滞后于输入信号。输入信号的幅值总是大于输出信号。为了增加电路的增益,电阻R1的值必须大于电阻R2。

带通滤波器中心频率

通过计算上下截止频率的几何平均值,可以得到输出增益最大的“中心频率”或“谐振频率”。

fr2= fHx fl

fr =√(fHx fl)

fr是谐振频率还是中心频率

fH-为上- 3db截止频率

fl-是较低的- 3db截止频率

带通滤波器示例

让我们假设带通滤波器将允许频率从1 kHz到30 kHz,它包含10 kΩ电阻。通过考虑这些值,我们可以计算电容器的电容。

我们已经知道低通滤波器的截止频率值一定要高于高通滤波器。所以高通滤波器的截止频率是1 kHz低通滤波器的截止频率是30 kHz。

在高通滤波器阶段

fl= 1千赫和电阻R = 10 kΩ

C = 1 /(2πflR) = 1/(2*π*1000*1000) = 15.8 nF

在低通滤波阶段

fH= 30 kHz和电阻R = 10 kΩ

C = 1 /(2πfH(2*π*30000*10000) = 510 pF

根据上述计算,高通滤波器所需的电容值为15.8 nF,低通滤波器电容值为510 pF。

无源带通滤波器摘要

带通滤波器由低通滤波器和高通滤波器串联而成。它是一个二阶滤波器,因为它包含两个无功元件。滤波器的顺序取决于电路中使用的级联电路的数量。

输出信号的增益总是小于输入信号。在中心频率时输出信号同相,但低于中心频率时输出信号超前相位,移相为+90°,高于中心频率时输出信号滞后,移相为-90°。

带通滤波器的实际特性与理想特性略有不同。这种变化主要是由于高通滤波器与低通滤波器的级联。

输出增益总是小于单位。当我们在高通和低通滤波器之间提供电气隔离时,我们可以获得更好的滤波器性能。

带通滤波器将优化接收机的灵敏度。首先在设计中加入高通滤波器,然后加入低通滤波器。即使我们先加一个低通滤波器,然后再加一个高通滤波器,它也不会改变输出信号。

滤波器的质量因数将取决于电阻值R1。如果R1值低,表示质量因子低,如果R1值高,表示质量因子高。

带通滤波器的应用

  • 这些用于无线通信介质中的发送和接收电路。在发射机部分,该滤波器将通过唯一需要的信号,并减少信号与其他站的干扰。在接收部分,它将帮助防止不必要的信号渗透到信道。
  • 这些被用来优化接收机的信噪比。
  • 这些都是用于光通信领域,如激光雷达。
  • 它们被用于一些滤色技术中。
  • 这些也被用于医疗领域的仪器,如脑电图。
  • 在电话应用中,通过DSL来分割电话信号和宽带信号。

2反应

  1. 我想做一个无源带通,通过536到542 MHz,并阻止频率更高/更低。应用是电视天线组合,使一个天线只增加一个频道到整个信号。中心频率为539兆赫。你能帮我识别电阻,电容和如何塑造电感吗?

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