低通滤波器(LPF)的定义及应用

汉芯国科 2022-04-14 40018

描述

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。

　　审核编辑：汤梓红

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