在信號(hào)處理領(lǐng)域，濾波器是從波形中去除(衰減)某些頻率的元件。如下：

　　1、較慢的頻率1KHZ(5V幅度)

　　較慢的頻率1KHZ(5V幅度)

　　2、50kHz 頻率(1V 幅度)

　　50kHz 頻率(1V 幅度)

　　3、組合信號(hào)

　　組合信號(hào)

　　使用濾波器，我們可以獲取組合信號(hào)并再次濾除分量信號(hào)。使用濾波器的原因有很多，包括：濾除噪音，共享媒介

　　那么構(gòu)建無源濾波器?怎么使用無源濾波器?下面會(huì)詳細(xì)講解

　　一、無功組件

　　無功組件是根據(jù)施加到其上的頻率而表現(xiàn)不同的組件。在電子產(chǎn)品中，有2種類型的電抗元件，電容和電感，兩種組件類型都在磁場(chǎng)中存儲(chǔ)能量。

　　1、電容

　　電容通過在兩個(gè)極板之間建立電荷來存儲(chǔ)能量。當(dāng)電壓施加到電容時(shí)，電流就會(huì)流入電容，直到極板上的電壓與施加的電壓匹配。

　　在這個(gè)階段，能量存儲(chǔ)在兩個(gè)板上累積的電荷中，這些電荷通過它們之間的磁引力保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。一旦電容充電完畢，電流就停止流?dòng)，直到移除施加的電壓，電流再次從電容流出。

　　電容

　　可以看到，當(dāng)電壓變化時(shí)，電流流動(dòng)，當(dāng)電壓恒定時(shí)，電流停止流動(dòng);當(dāng)沒有電壓差時(shí)，就沒有電流流動(dòng)。

　　對(duì)于直流來說。電流是不可以通過電容的，因?yàn)殡娙輧蓚?cè)沒有電氣連接。但對(duì)于交流電流來說。實(shí)際上可以流過電容，作為能量通過電容內(nèi)部的磁場(chǎng)傳輸。

　　從交流角度來看，電容會(huì)阻擋較低頻率，而較高頻率可以通過。

　　電容

　　對(duì)于低頻，電容看起來像開路。對(duì)于高頻、電容看起來像短路。在這2者之間，電容看起來像一種電阻，在一定程度上對(duì)抗電流，區(qū)別在于電容不會(huì)像電阻那樣耗散能量，而是將其存儲(chǔ)在磁場(chǎng)中。

　　2、電感

　　電感在電感繞組周圍形成的磁場(chǎng)中存儲(chǔ)能量。

　　電感

　　與電容相反，電感在電壓沒有變化時(shí)允許電流流過，并反對(duì)電流和電壓的變化。電容更像是彈簧，而電感更像是飛輪。當(dāng)電壓施加到電感時(shí)，最初會(huì)阻礙電流流動(dòng)，同時(shí)在其繞組周圍建立磁場(chǎng)。

　　一旦建立磁場(chǎng)，直流電流就會(huì)不受阻礙地流過電感。如果你阻止電流流過電感，則磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電壓來保持電流流動(dòng)。

　　電感

　　對(duì)于低頻、電感看起來像短路。對(duì)于高頻、電感看起來像開路。在這2者之間，電感也看起來像一種電阻。

　　在一定程度上對(duì)抗電流，區(qū)別在于電感不會(huì)像電阻那樣耗散能量，而是將其存儲(chǔ)在磁場(chǎng)中。

　　對(duì)于電容和電感，有2個(gè)電抗元件，在交流頻率下表現(xiàn)相反，可以利用這些構(gòu)建濾波器。

　　二、分貝

　　在進(jìn)一步討論之前，重要的要確保我們熟悉分貝的測(cè)量的單位，分貝是對(duì)數(shù)單位，如下所示：

　　20dB是0 x 幅度和 100 x 功率，40dB也就是100 x 幅度和 10,000 x 功率，依次類推，使用分貝作為測(cè)量單位使我們能夠輕松處理從非常小到非常大的一系列值。

　　三、頻率響應(yīng)圖

　　頻率響應(yīng)圖或波特圖顯示了電路如何響應(yīng)一定頻率范圍，因此在濾波器設(shè)計(jì)和分析中非常有用。

　　四、電容高通濾波器

　　高通濾波器允許高頻率通過，同時(shí)衰減較低頻率。電容允許更高的頻率通過它們。因此我們可以使用其中之一來實(shí)現(xiàn)高通濾波器。

　　高通濾波器

　　從頻率響應(yīng)圖中，我們可以看到大約16k以上的頻率被通過(接近0dB的變化)，而低于該頻率的衰減越來越多(100Hz的頻率將衰減-44dB)。

　　濾波器不會(huì)產(chǎn)生阻擋較低頻率的磚墻效應(yīng)，而是隨著頻率的降低而越來越衰減。我們可以通過組合濾波器來使下降更加尖銳，也稱為增加濾波器階數(shù)。

　　如下，低頻 1kHz 分量在電容之后幾乎完全從信號(hào)中去除(圖中的紅色跡線)。

　　1kHz 分量在電容之后幾乎完全從信號(hào)中去除

　　五、低頻濾波器

　　低通濾波器的作用與高通濾波器相反，允許較低頻率通過，同時(shí)衰減(阻止)較高頻率，將示例更改為低通濾波器，只需要將電容替換為電感。

　　低通濾波器的作用與高通濾波器相反，允許較低頻率通過

　　同樣，我們可以看到低于約 3k 的頻率被通過(接近 0dB 變化)，而高于該頻率的頻率衰減得越來越多(100kHz 的頻率將衰減 -30dB)。再次注意，濾波器并不具有阻擋較高頻率的磚墻效應(yīng)，而是隨著頻率的升高而越來越衰減。同樣，我們可以通過組合濾波器來使下降更加尖銳，也稱為增加濾波器階數(shù)。

　　也可以使用電容構(gòu)建一個(gè)低通濾波器：

　　使用電容構(gòu)建一個(gè)低通濾波器

　　在這種情況下，高頻通過電容旁路到地，將其從信號(hào)中去除，此配置的頻率響應(yīng)圖如下所示：

　　高頻通過電容旁路到地，將其從信號(hào)中去除

　　六、電感高通濾波器

　　類似地，我們可以構(gòu)造一個(gè)帶有一個(gè)電感的高通濾波器：

　　電感高通濾波器

　　這里低頻分量通過電感旁路到地，將其從信號(hào)中移除，此配置的頻率響應(yīng)圖如下所示：

　　電感高通濾波器

　　七、截止頻率

　　截止頻率定義為頻率響應(yīng)圖上的 -3dB 點(diǎn)，在該點(diǎn)信號(hào)已衰減至其原始功率的 50%(大約為其原始電壓的 70.8%)。這也是衰減斜率和通過斜率(電平)的線在圖表上相交的點(diǎn)。

　　截止頻率定

　　同樣，很明顯這部是一個(gè)截止點(diǎn)，但是必須選擇某個(gè)點(diǎn)來描述濾波器特性，并且截止頻率是用于該點(diǎn)的術(shù)語。

　　對(duì)于電容濾波器，頻率公式為：

　　C=1/ 2πRC

　　對(duì)于電感濾波器，頻率公式為：

　　C= R / 2πL

　　在電容濾波器中，有一個(gè)10k 電阻和一個(gè) 1nF 電容，頻率為：

　　C= 1/2π(10x103)(1x10-9) = 15.9kHz

　　在電感濾波器中，有一個(gè)10k 電阻和一個(gè) 1nF 電容，頻率為：

　　C=(10x103)/2π(0.1) = 15.9kHz

　　這2種情況都與上面在頻率響應(yīng)圖上看到的相符。

　　八、高階濾波器

　　在上面的濾波器中都由有一個(gè)電抗元件。頻率響應(yīng)圖在停止區(qū)域的斜率約為20dB/對(duì)數(shù)十倍頻程。

　　通過使用更多的電抗元件和/或?yàn)V波器，我們可以將每個(gè)電抗元件的斜率增加大約 20dB，也就是增加濾波器的階數(shù)。

　　例如，下面是一個(gè)斜率約為 40db/decade 的二階濾波器(2 個(gè)電抗元件)。

　　40db/decade 的二階濾波器

　　但注意，過多增加濾波器階數(shù)也存在缺點(diǎn)，例如即使在通帶中信號(hào)的總衰減和信號(hào)傳播的延遲，以及增加的成本和電路復(fù)雜性。

　　九、帶通和帶阻濾波器

　　最后，通過將高通濾波器和低通濾波器與適當(dāng)?shù)慕刂诡l率相結(jié)合來創(chuàng)建帶通或者帶阻濾波器。

　　帶通或者帶阻濾波器。

　　以上就是關(guān)于無源模擬濾波器的內(nèi)容。