滤波器的工作原理和作用是什么

Question

如题所述

Answer 1

1.基本原则

滤波器由电感和电容组成的低通滤波电路构成，允许有用信号的电流通过，衰减较高频率的干扰信号。因为有两种干扰信号:差模和共模，所以滤波器应该衰减这两种干扰。有三个基本原则:

(1)利用电容器高频低频隔离的特性，将火线和零线的高频干扰电流引入地线(共模)，或将火线的高频干扰电流引入零线(差模)；

(2)利用电感的阻抗特性将高频干扰电流反射回干扰源；

(3)利用干扰抑制铁氧体可以吸收某一频段的干扰信号并转化为热量的特性，可以根据干扰信号的频段，将合适的干扰抑制铁氧体磁环和磁珠直接套在待滤波的电缆上。

过滤器形状

2.过滤的概念

滤波器是信号处理中的一个重要概念。滤波电路的作用是尽可能减小脉动DC电压的交流分量，保持其DC分量，降低输出电压的纹波系数，使波形更加平滑。

滤波前后的波形

一般来说，过滤可以分为古典过滤和现代过滤。

经典滤波是基于傅立叶分析和变换的工程概念。根据高等数学的理论，任何满足一定条件的信号都可以看作是无限个正弦波的叠加。

换句话说，工程信号是不同频率的正弦波的线性叠加，组成信号的不同频率的正弦波称为信号的频率分量或谐波分量。只允许某一频率范围内的信号分量正常通过，而阻止其他频率分量通过的电路称为经典滤波器或滤波电路。

滤波时域和频域图

在经典滤波和现代滤波中，滤波器模型其实是一样的(硬件滤波器并没有太大的进步)，但是现代滤波也加入了很多数字滤波的概念。

3.主要参数

带宽:指需要通过的频谱宽度，BW=(f2-f1)。F1和f2基于中心频率f0处的插入损耗。

通带波纹:通带中插入损耗随频率的变化。1dB带宽内的带内波动为1dB。

纹波:指在1dB或3dB带宽(截止频率)范围内，以损耗平均曲线为基础，插入损耗随频率波动的峰值。

延迟(Td):指信号通过滤波器所需的时间，在数值上是传输相位函数对角频率的导数，即Td=df/dv。

带内相位线性度:该指标表示滤波器在通带中引入传输信号的相位失真幅度。根据线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。

插入损耗:由于滤波器的引入导致电路中原始信号的衰减，表现为中心或截止频率处的损耗。如果需要全频带插入损耗，就要强调。

回波损耗:端口信号输入功率与入射功率之比的分贝数(dB)，也等于20Log10ρ，其中ρ为电压反射系数。当输入功率被端口完全吸收时，回波损耗为无穷大。

中心频率:滤波器通带的频率f0一般取为f0=(f1+f2)/2，f1和f2为带通或带阻滤波器左右相对减少1dB或3dB的边缘频率点。窄带滤波器通常以插入损耗最小点为中心频率来计算通带带宽。

截止频率:指低通滤波器通带的右频点，高通滤波器通带的左频点。一般用相对损耗点1dB或3dB来定义。相对损耗的参考标准是:低通基于DC处的插入损耗，高通基于无寄生阻带的高通带频率处的插入损耗。

带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号与传输是否匹配良好的重要指标。理想VSWR=1:1，不匹配时VSWR>1。对于一个实际的滤波器，VSWR1)，KxdB=BWxdB/BW3dB，(x可以是40dB，30dB，20dB等。)都满足了。滤波器的阶数越多，矩形越高——也就是说，k越接近理想值1，就越难制作。

4.作用

(1)分离有用信号和噪声，提高信号的抗干扰性和信噪比；

(2)滤除不感兴趣的频率成分，提高分析精度；

(3)从复杂的频率分量中分离出单个频率分量。

过滤器形状

图5过滤器形状

使用

滤波器用于改善电源质量，提高电路的线性度，减少各种杂波、非线性失真干扰和谐波干扰。对于武器系统，使用过滤器的地方有:

(1)除了安装在主配电系统和配电系统上的电力滤波器外，还应在进入设备的电源上安装滤波器。最好使用线对线滤波器，而不是线对地滤波器。

(2)对脉冲干扰和瞬态干扰敏感的设备，当采用隔离变压器供电时，应在负端装设滤波器。

(3)向含有电爆炸装置的武器系统供电时，应加装滤波器。必要时，电爆炸装置的引线还应装有滤波器。

(4)在每个子系统或设备之间的接口处，应有一个滤波器来抑制干扰，保证兼容性。

(5)对于设备和子系统的控制信号，应在输入和输出端增加滤波器或旁路电容。

本文概述了该过滤器的原理、过滤概念、参数、功能及注意事项。过滤器有很多种，每种过滤器都有不同的性能特征。因此，在选择滤网时，通常需要综合考虑客户的实际使用环境及其性能要求，才能做出正确、有效、可靠的选择。

Answer 2

滤波器是一种电子器件，其作用是将电路中的信号进行滤波，即去除或减弱某些频率范围内的信号，同时保留或增强其他频率范围内的信号。滤波器通常用于电子设备中，以去除噪声、干扰和杂波等，从而提高信号的质量和稳定性。
滤波器的工作原理基于频率选择性，即只有特定频率范围内的信号能够通过滤波器，其他频率范围内的信号则被滤波器阻挡或减弱。滤波器的工作原理根据其类型不同而有所不同，常见的滤波器类型包括：
低通滤波器：只允许低于一定频率的信号通过，而阻挡高于该频率的信号。
高通滤波器：只允许高于一定频率的信号通过，而阻挡低于该频率的信号。
带通滤波器：只允许一定频率范围内的信号通过，而阻挡其他频率范围内的信号。
带阻滤波器：只阻挡一定频率范围内的信号，而允许其他频率范围内的信号通过。
滤波器的作用在电子设备中非常重要，可以有效地去除干扰和噪声，从而提高信号的质量和稳定性。滤波器广泛应用于通信、音频、视频等领域，如无线电、电视、音响等。