低通滤波器是什么

小嘿 QA 2020-04-14 15:21:48 阅读(...)

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过, 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过, 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

低通滤波器是什么

介绍

对于不同滤波器而言,每个频率的信号的强弱程度不同。当使用在音频应用时,它有时被称为高频剪切滤波器, 或高音消除滤波器。

低通滤波器概念有许多不同的形式,其中包括电子线路(如音频设备中使用的 hiss 滤波器)、平滑数据的数字算法、音障(acoustic barriers)、图像模糊处理等等,这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。

低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数(moving average)所起的作用;

低通滤波器有很多种,其中,最通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。

种类

高通与低通滤波器的最常见拓扑是 Sallen Key。

有源低通滤波器

滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置,常用于信号处理、数据传输和干扰抑制等方面,有源低通滤波电路由集成运放和无源元件电阻和电容构成。它的功能是允许从零到某个截止频率的信号无衰减地通过,而对其他频率的信号有抑制作用。有源低通滤波电路可以用来滤除高频干扰信号。

基本概念

波电路的作用就是允许某段频率范围内的信号通过,而阻止或削弱其他频率范围的信号。有源滤波电路由电阻、电容和集成运算放大器组成,又称为有源滤波器。有源滤波器能够在滤波的同时还能对信号起放大作用,这是无源滤波无法做到的。根据滤波电路通过或者阻止信号频率范围不同,可将滤波电路分为低通、高通、带通河带阻电路。本文讨论的是有源低通滤波电路的设计与仿真研究。有源低通滤波电路能够通过低频信号,抑制或衰减高频信号。

二阶压控电压源低通滤波电路由两个 RC 环节和同相比例放大电路构成。通过分析可知:当信号频率大于截止频率时信号的衰减率只有 20dB/十倍频。而且在截止频率附近,有用信号也受到衰减。二阶压控有源低通滤波电路衰减可以达到 40dB/倍频。而且在截止频率附近,有用信号可以得到一定提升。如果 Q=0.707 时,滤波器的幅频特性最为平坦;如果 Q>0.707 时,幅频特性将出现峰值。因此,我们后面要用到巴特沃斯归一化方法设计电路图参数。

其他相关

低通滤波器实例

一个固体屏障就是一个声波的低通滤波器。当另外一个房间中播放音乐时,很容易听到音乐的低音,但是高音部分大部分被过滤掉了。类似的情况是,一辆小汽车中非常大的音乐声在另外一个车中的人听来却是低音节拍,因为这时封闭的汽车(和空气间隔)起到了低通滤波器的作用,减弱了所有的高音。

电子低通滤波器用来驱动重低音喇叭(subwoofer)和其它类型的扩音器、并且阻塞它们不能有效传播的高音节拍。

无线电发射机使用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射。

DSL 分离器使用低通和高通滤波器分离共享使用双绞线的 DSL 和 POTS 信号。

低通滤波器也在如 Roland 公司这样的模拟合成器(synthesiser)合成的电子音乐声音处理中发挥着重要的作用。

理想与实际滤波器一个理想的低通滤波器能够完全剔除高于截止频率的所有频率信号并且低于截止频率的信号可以不受影响地通过。实际上的转换区域也不再存在。一个理想的低通滤波器可以用数学的方法(理论上)在频域中用信号乘以矩形函数得到,作为具有同样效果的方法,也可以在时域与 sinc 函数作卷积得到。

然而,这样一个滤波器对于实际真正的信号来说是不可实现的,这是因为 sinc 函数是一个延伸到无穷远处的函数(extends to infinity),所以这样的滤波器为了执行卷积就需要预测未来并且需要有过去所有的数据。对于预先录制好的数字信号(在信号的后边补零,并使得由此产生的滤波后的误差小于量化误差)或者无限循环周期信号来说这是可实现的。

实时应用中的实际滤波器通过将信号延时一小段时间让它们能够“看到”未来的一小部分来近似地实现理想滤波器,这已为相移所证明。近似精度越高所需要的延时越长。

采样定理(Nyquist-Shannon sampling theorem)描述了如何使用一个完善的低通滤波器和奈奎斯特-香农插值公式从数字信号采样重建连续信号。实际的数模转换器都是使用近似滤波器。

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