什么是過(guò)濾器

濾波器是一種頻率選擇器件，它使信號(hào)的某些頻率分量通過(guò)并大大衰減其他頻率分量。在測(cè)試裝置中，可以使用濾波器的頻率選擇功能對(duì)干擾噪聲進(jìn)行濾除或進(jìn)行頻譜分析。從廣義上講，任何信息傳輸渠道（媒介）都可以被視為過(guò)濾器。由于任何器件的響應(yīng)特性都是激勵(lì)頻率的函數(shù)，因此這些傳輸特性可以用頻域函數(shù)來(lái)描述。因此，測(cè)試系統(tǒng)的任何部分，如機(jī)械系統(tǒng)、電氣網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表甚至連接線(xiàn)等，都會(huì)根據(jù)其頻域特性對(duì)在一定頻率范圍內(nèi)通過(guò)的信號(hào)進(jìn)行變換和處理。

根據(jù)濾波器信號(hào)處理的性質(zhì)，濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。

過(guò)濾器的分類(lèi)

2.1 基于濾波器頻率選擇的分類(lèi)

低通濾波器

從0到f2，幅頻特性平坦，可使信號(hào)中f2以下的頻率分量幾乎不衰減，f2以上的頻率分量衰減很大。

高通濾波器

與低通濾波相比，振幅-頻率特性從頻率f_1~∞是平坦的，這使得f_1以上的頻率分量幾乎不衰減地通過(guò)，而f_1以下的頻率分量會(huì)大大衰減。

帶通濾波器

帶通濾波器的通帶在f1和f2之間。它允許信號(hào)中高于f1和低于f2的頻率分量通過(guò)而不會(huì)衰減，而其他分量則衰減。

帶阻濾波器

與帶通濾波相比，帶阻濾波器的阻帶在頻率f1~f2之間。它衰減信號(hào)中高于f1和低于f2的頻率分量，并通過(guò)其余頻率分量幾乎不衰減。

注意

低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本形式。其他過(guò)濾器可以分為這兩種類(lèi)型的過(guò)濾器。例如，低通濾波器和高通濾波器的串聯(lián)是帶通濾波器;低通濾波器和高通濾波器的并聯(lián)是帶阻濾波器。

低通濾波器和高通濾波器的串聯(lián)

低通濾波器和高通濾波器的并聯(lián)

2.2 基于“最佳逼近性質(zhì)”標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)

巴特沃斯過(guò)濾器

巴特沃茲濾波器的要求將從幅度-頻率特性提出，而不考慮相頻特性。巴特沃茲濾波器具有最大平坦振幅的特點(diǎn)。幅值頻率響應(yīng)表達(dá)式為：

In 是過(guò)濾器的順序;WC是濾波器的截止頻率，

當(dāng) w=wc 時(shí)， |H（wc）|2=1/2，所以wc對(duì)應(yīng)于濾波器的-3db點(diǎn)。

巴特沃斯低通濾波器使用巴特沃斯函數(shù)作為濾波器的傳遞函數(shù)H（s），并以最高階泰勒級(jí)數(shù)的形式近似濾波器的理想矩形形狀。

切比雪夫?yàn)V波器

切比雪夫?yàn)V波器的近似要求也從幅頻特性提出。幅值頻率響應(yīng)表達(dá)式為：

ε是決定通帶紋波大小的波動(dòng)系數(shù)，0 《ε 《1。紋波是由于實(shí)際濾波器網(wǎng)絡(luò)中存在電抗元件;wc 是通帶截止頻率，Tn 是 n 階切比雪夫多項(xiàng)式。

與巴特沃茲近似性質(zhì)相比，盡管該特性在通帶內(nèi)波動(dòng)，但在進(jìn)入阻帶后，對(duì)于相同的n值，其衰減幅度更大，并且更接近理想情況。ε值越小，通帶內(nèi)的波動(dòng)就越小。同時(shí)，截止頻率處衰減的分貝值也會(huì)變小，但進(jìn)入阻帶后的衰減特性會(huì)減慢。與巴特沃茲濾波器相比，切比雪夫?yàn)V波器通帶存在紋波，切比雪夫?yàn)V波器的過(guò)渡帶為輕陡直;因此，當(dāng)通帶中不允許紋波時(shí)，巴特沃茲濾波器更理想。

從相位響應(yīng)來(lái)看，巴特沃斯型比切比雪夫型要好，通過(guò)以上兩種對(duì)比可以看出，前者的相頻響應(yīng)更接近一條直線(xiàn)。

從相頻的響應(yīng)來(lái)看，巴特沃斯型優(yōu)于切比雪夫型，通過(guò)下面兩圖的對(duì)比可以看出，前者的相頻響應(yīng)更接近直線(xiàn)。

貝塞爾濾波器

只滿(mǎn)足相頻特性，不關(guān)心幅頻特性。貝塞爾濾波器，也稱(chēng)為最平坦的時(shí)間延遲或延遲濾波器。相移與頻率成正比，即線(xiàn)性關(guān)系。然而，由于其幅頻特性差，其應(yīng)用往往受到限制。

2.3 根據(jù)過(guò)濾器組件的性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)

無(wú)源濾波器（R、L、C）

有源濾波器（包括運(yùn)算放大器）