高通滤波器的工作原理与应用

Question

如题所述

Answer 1

电子电路设计中，常见的滤波器包括高通滤波器、低通滤波器、带阻滤波器和带通滤波器。这些统称为有源滤波器。本文将深入探讨高通滤波器的工作原理与应用。

高通滤波器的特性在于允许高频信号通过，衰减低频信号。当信号位于低频段时，其幅频特性如上图所示。高通滤波器的工作原理基于微分电路，其设计基于电路知识，其中时间常数T与输入信号的脉冲宽度关系显著。

在微分电路中，当输入信号瞬变时，电容两端电压不能突变，因此电容被视为短路，脉冲电流全部流过电阻，电阻上的电压达到最大值。然而，对于微分电路，时间常数T远小于输入信号的脉冲宽度，导致电容迅速充电。由于电容两端电压不能突变，电容充电满后断开输入，此时输入脉冲消失，电阻无电流流过，相当于输入端接地。

电压输入极性为左正右负，电阻上电压变为最大负值。放电过程中，电容两端电压变化不能突变，电阻上电压依然最大，放电快速进行。放电完毕后，等待下一个脉冲输入，此时输出电压Uout为0。

简而言之，微分电路通过电容特性产生尖峰波形，从而确定输入信号的瞬变成分。改变电容和电阻的阻值，可以获取特定频率范围的信号。微分电路最终无输出。

理解微分电路后，高通滤波器电路变得清晰。本文展示了两个高通滤波器电路：一阶高通滤波器和二阶高通滤波器。一阶高通滤波器的电压增益Aup为1+(R11/R12)，截止频率F0为1/(2πR6C3)。二阶高通滤波器通过增加正反馈进一步提升性能。