什么是低通滤波器?

 
滤波器可以定义为:它是一种用于重塑,修改和阻断所有不需要的频率的电路。通常,在低频(<100 kHz)应用中,无源滤波器使用电阻和电容组成。因此它被称为无源RC滤波器。同样,对于高频(> 100 kHz)信号,无源滤波器可以设计为电阻 - 电感 - 电容组合。因此,这些电路被称为无源RLC电路。通常使用三种滤波器设计:低通滤波器,高通滤波器和带通滤波器本文讨论低通滤波器。

1、什么是低通滤波器

低通滤波器(LPF) 的定义是一种用于传递低频信号,衰减高频信号的滤波器。低通滤波器的频率响应主要取决于低通滤波器的设计以下是各型LPF介绍。

2、一阶低通滤波器

图中显示了一阶LPF,请注意,积分器是LPF的基本构建块。
一阶低通滤波器
低通滤波器传递函数是:输出与频率成反比减小(衰减)。如果频率加倍输出是一半(每增加一倍频率为-6 dB)。

3、二阶低通滤波器

如下图所示为二阶低通滤波器。
二阶低通滤波器
输出与频率的平方成反比地减小(衰减),如果频率加倍输出。( - 每增加一倍频率为12 dB)。

4、采用运算放大器的低通滤波器

运算放大器的反馈环路可以与滤波器的基本元件结合使用,因此,通过使用除电感器之外的所需组件,可以轻松形成高性能LPF。

5、采用运算放大器的一阶有源LPF电路

单极有源低通滤波器如下所示。使用运算放大器的低通滤波器电路在反馈电阻两端使用电容。当频率增加以增强反馈电平,电容器的无功阻抗下降时,该电路具有更好的效果。
采用运算放大器的一阶低通滤波器
可以通过处理电容的电抗等于电阻的频率来完成该滤波器的计算。这可以通过使用以下公式获得。
其中:Xc是以欧姆为单位的容抗;
π是标准字母,其值为3.412;
f是频率(单位-Hz);
C是电容(Units-Farads)。
通过消除电容器的影响,可以以简单的方式计算这些电路的带内增益。
由于这些类型的电路有助于降低高频增益,并且为每个倍频程提供-6 dB的衰减,因此,这种滤波器被称为一阶或单极低通滤波器。

6、采用运算放大器的二阶有源LPT电路

通过使用运算放大器,可以设计具有不同增益水平的宽范围滤波器以及衰减模型。
采用运算放大器的二阶有源LPF电路
其中:
在选择值时,请确保电阻值在10千欧姆至100千欧姆的范围内。

7、低通滤波计算器

对于RC 低通滤波器电路,通过计算交叉频率并绘制相应的图谱,其被称为波特图。
例如:如果我们知道电路中电阻和电容的值,则可以使用以下公式计算低通滤波器传递函数。
计算给定电阻的频率值以及电容值:
LPF波形

8、低通滤波器应用

低通滤波器的应用包括:
  • 低通滤波器用于电话系统,用于将扬声器中的音频频率转换为带限语音频带信号。
  • LPF用于过滤来自电路的高频信号,称为“噪声”,当信号通过该滤波器时,大部分高频信号被消。
  • 图像处理中的低通滤波器用于增强图像。
  • 有时这些滤波器由于音频应用。
  • 低通滤波器用于RC电路,RC电路称为RC低通滤波器。
  • LPF用作RC电路的积分器。
  • 在多速率DSP中,在执行内插器时,LPF用作反成像滤波器。类似地,当执行抽取器时,该滤波器用作抗混叠滤波器。
  • 低通滤波器用于来自人体的医疗设备的信号,而使用电极的测试频率较低。因此,这些信号可以流过LPF,以消除一些不需要的环境声音。
  • 这些滤波器用于转换占空比幅度以及锁相环中的相位检测。
  • LPF在AM无线电中用于二极管检测器,以将AM调制的中频信号改变为音频信号。   
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