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解析低通濾波器的工作原理

來源：jincuigu.com.cn 發布時間：2022-02-04 返回
  電子電路設計中，常用的濾波器分為高通濾波器、低通濾波器、帶阻濾波器、帶通濾波器，而這四種濾波器又統稱為有源濾波器。下面單獨談一下這個低通濾波器的工作原理與運用。
  低通濾波器
  低通濾波器特(te)性：允許低頻(pin)信號經過，將高頻(pin)信號衰減。當信號處于低頻(pin)段(duan)的時分(fen)幅頻(pin)特(te)性如(ru)下圖(tu)所示：
  
  低(di)通濾(lv)波(bo)器的原了解釋完之后，再看下面的積分電(dian)路：
  
  上圖是(shi)簡化電(dian)(dian)路(lu)(lu)之后的(de)一個無(wu)源積分(fen)電(dian)(dian)路(lu)(lu)，簡單剖析這(zhe)個積分(fen)電(dian)(dian)路(lu)(lu)，假定請求它(ta)的(de)時(shi)間常數(shu) T 需求大于(yu)它(ta)的(de)信號脈沖寬度，而由于(yu) T=RC，所以這(zhe)個電(dian)(dian)路(lu)(lu)工作(zuo)原理(li)就是(shi)：
  
  假定輸入(ru)(ru)信(xin)號為矩形脈(mo)沖(chong)波(bo)（也能夠是正弦波(bo)），當一(yi)個(ge)脈(mo)沖(chong)波(bo)呈現時(shi)，輸入(ru)(ru)端產生一(yi)個(ge)電(dian)(dian)流(liu)，經過(guo)對 R3 和 C41 停止充電(dian)(dian)（電(dian)(dian)容兩端的(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)是不(bu)會(hui)突變(bian)的(de)），這個(ge)時(shi)分，電(dian)(dian)容 C41 上(shang)的(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)漸漸增加，當脈(mo)沖(chong)過(guo)去(qu)之后，輸入(ru)(ru)端的(de)信(xin)號 UIN 就會(hui)為 0（電(dian)(dian)容兩端電(dian)(dian)壓(ya)(ya)不(bu)會(hui)突變(bian)），所以時(shi)間常數 T 會(hui)比擬大，相對地，它(ta)的(de)放電(dian)(dian)就會(hui)變(bian)得很遲(chi)緩。
  
  漸漸地，二個脈沖又(you)過來(lai)了，在(zai)這(zhe)時(shi)，由(you)于之(zhi)前的電還是沒有放掉，就能(neng)夠曉得(de)，當輸入脈沖波(bo)越(yue)密集，我(wo)們的 UOUT 就會越(yue)大。
  
  總結一下來(lai)說，所謂(wei)的積分電(dian)(dian)路(lu)就(jiu)是(shi)獲取(qu)輸(shu)入信號 UIN 的均勻(yun)值構成的電(dian)(dian)路(lu)，換句話說也能夠(gou)是(shi)低通濾波器電(dian)(dian)路(lu)。總結原理就(jiu)是(shi)對(dui)低頻段的信號停(ting)止采(cai)集采(cai)樣，經過后(hou)面的電(dian)(dian)容存儲，停(ting)止獲取(qu)輸(shu)入電(dian)(dian)流的均勻(yun)值。下圖能夠(gou)形象描繪：
  
  在弄分(fen)明積分(fen)電路(lu)之后，再(zai)看(kan)低(di)頻濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)電路(lu)就會了如指(zhi)掌，下面是小(xiao)編(bian)繪制(zhi)的兩個低(di)頻濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)電路(lu)：一(yi)階(jie)低(di)通濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)、二(er)階(jie)低(di)通濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)。
  
  從(cong)圖(tu)中，我(wo)們能夠(gou)看到，兩個(ge)濾波(bo)(bo)器都(dou)是由(you)集成運放(fang)(fang)和無(wu)源低(di)通濾波(bo)(bo)器組成（積(ji)分電路），而濾波(bo)(bo)器中反應(ying)則(ze)是為(wei)了使運放(fang)(fang)工作在線性區域里面。剖析這(zhe)個(ge)一階(jie)低(di)通濾波(bo)(bo)器電路：
  
  同(tong)比(bi)例運算(suan)電路（電壓并聯負反應(ying)）由公(gong)式 AuP=（R4/R12）+1 計算(suan)放大(da)倍數(shu)。
  
  W=2πf=2π/t 計算角頻(pin)率。
  
  電(dian)阻和電(dian)容屬于串聯諧振(zhen)，串聯諧振(zhen)頻率就為：f0=1/（2πR13C42）。由(you)于 PC 串聯是(shi)只能用(yong)在(zai)交(jiao)流(liu)回路上(shang)面(mian)停(ting)止(zhi)剖析(xi)的，而 RC 并(bing)聯就能夠用(yong)在(zai)交(jiao)流(liu)和直流(liu)上(shang)。
  
  平常電(dian)路設計中，常用的(de)(de)濾(lv)波器都(dou)是二階(jie)(jie)(jie)和多(duo)階(jie)(jie)(jie)，經過(guo)很屢次的(de)(de)考證(zheng)，都(dou)標明關于(yu)一階(jie)(jie)(jie)濾(lv)波電(dian)路的(de)(de)濾(lv)波效果(guo)遠遠不如二階(jie)(jie)(jie)濾(lv)波器電(dian)路效果(guo)，能夠察看上面二階(jie)(jie)(jie)濾(lv)波器原理圖，有顆(ke) C47 電(dian)容(rong)，它(ta)的(de)(de)作用是充任了一個正反(fan)應的(de)(de)方式來(lai)改善截至頻率左近(jin)的(de)(de)幅頻效果(guo)。

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