经传感器转换和放大后的电信号，由于测量现场的电磁干扰，传感器本身以及放大
电路等本身的影响，往往含有多种频率成分的噪声信号，严重情况下，这种噪声信号会淹没待提取的输入信号，造成系统无法获取被测信号。在这种情况下，须采取滤波措施，将不需要的杂散信号抑制掉，使系统的信噪比（Ｓ／Ｎ）增加，完成这种功能的电路称为滤波电路，或将具有这一功能的组件称为滤波器。
滤波器的作用是选出有用的频率信号，抑制杂散的无用频率信号，使一定频率范围内的信号通过，衰减很少（使用有源滤波器还可使信号放大），而在此频率范围外的信号衰减很大，从而提高系统的信噪比。通常称可以通过的频率范围为通带，不能通过的频率范围为阻带，通带与阻带的界限频率为截止频率，其频率特性用Ｑ来衡量，Ｑ值越高，即灵敏度越高，频率选择性越好，通带越窄。
1.滤波器的分类
按滤波器是否使用有源器件（放大器）来分，可分为有源滤波器和无源滤波器两大类。
（１）无源滤波器。无源滤波器是指用无源器件如电感（Ｌ）、电容（Ｃ）和电阻（Ｒ）组成的滤波电路，如图５．１８即为一最简单的ＲＣ 低通滤波器电路，其传递函数为
它随输入信号频率的增高而幅值呈下降趋势。
（２）有源滤波器。有源滤波器是指利用放大器、电阻和电容等组成的滤波电路，在低频（小于１ＭＨｚ）中使用。
无源滤波器常采用ＬＣ 谐振电路或ＲＣ 网络作为滤波器件。ＬＣ 滤波谐振电路，其能量形式是每半周中静电能量（１/２ＣＵ２）与磁场能量（１/２ＬＩ２）相互转换，作为虚功率积蓄存在，损失小，而价格昂贵，因而不适合在低频滤波电路中使用；ＲＣ 电路尽管可以做到体积小和廉价，但其上半周内电容Ｃ中积蓄的能量到下半周就会被电阻Ｒ 消耗掉一半，因此单纯的ＲＣ电路Ｑ 值不会大于０．５，选择性差，效果同样不佳。
有源滤波器则是利用有源器件不断补充由Ｒ造成的损耗，因而等效能耗极小，也就提高了电路的Ｑ值，改善了选择性。并且，有源滤波器还具有无源滤波器无法做到的信号放大功能，其电路Ｑ值的提高不受电感Ｑ 值的限制，因为在有源滤波器电路中一般不使用电感，输入输出阻抗很容易匹配，这些都使有源滤波器具有优良的性能。有源滤波器的缺点是：由于采用有源器件，需使用
电源，功耗较大；由于受有源器件有限带宽的限制，一般不能用于高频场合；受
元件容差和漂移影响较大，相对来讲灵敏度较低。但总的来讲，有源滤波器在低频（小于１ＭＨｚ）场合中使用，较无源滤波器具有更优的性能，因而目前在音频处理、工业控制等领域，有源滤波器已得到极为广泛的应用。
２．有源滤波电路
由于滤波器是频率选择电路，只允许通带内的频率通过，因而按通带来分，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻和全通。
（１）低通滤波器。低通滤波器的功能是：让直流到指定截止频率的低频分量顺利地通过，而使高频分量受到很大的衰减。理想的低通滤波器的幅频特性如图５．１９（ａ）所示，其中ωｃ为截止频率，但这种幅频特性实际上是无法实现的。图５．１９（ｂ）为实际的一种低通滤波器的幅频特性，该低通滤波器的通带为
低通滤波器一般用截止频率ωｃ、阻带频率ωｓ、直流增益 Ｈ（０）、通带波纹和阻带衰减等参数来确定。因为根据不同的传递函数，低通滤波器通带内幅频特性、衰减率均不一样，所以在设计时，要根据不同要求选择不同类型的传递函数，如波特瓦兹型、切彼雪夫型等。
由低通滤波器的幅频特性可知，其传递函数 Ｈ（ｊω）的零点在ω ＝ ∞ 处，其一般形式为
（２）高通滤波器。高通滤波器的功能是：让高于指定频率ωｃ 的频率分量顺利通过，而使自直流到指定阻带频率ωｓ 的低频分量受到衰减。同样，与低通滤波器的情况相似，没有理想的幅频呈跃式的高通滤波器，图５．１９（ｃ）为某一实际的高通滤波器的幅频特性曲线。理论上来讲，高通滤波器在ω → ∞ 处也应是通带，但实际上由于寄生参数的影响以及有源器件带宽的限制，当频率增高到一定值，幅值也将下降。
对于 Ｈ（ｓ）零点位于ω ＝０处的高通滤波器，其一般形式为
（３）带通滤波器。带通滤波器的功能是：让有限带宽（ωＬ ω ωＨ）内的频率分量顺利通过，而让此频率范围外的其他频率分量衰减。带通滤波器有２个阻带，一般并不要求上、下两个阻带衰减特性相同，即可以不对称，不过一般对称的带通滤波器较易设计，其输出特性如图５．２０（ａ）所示
带通滤波器的带宽定义为
ＢＷ ＝ωＨ －ωＬ
式中 ωＨ ，ωＬ——— 带通滤波器的上、下截止频率。
带通滤波器的中心频率ωｎ 定义为
（４）带阻滤波器。带阻滤波器的作用是：抑制某个频率范围内的频率分量，使其衰减，而让此频带外的频率分量顺利通过，幅频特性对称的带阻滤波器因而也被称做陷波器。
二阶带阻滤波器函数可写为
如果ωｐ ＜ωｚ，则为一低通陷波函数；ωｐ ＞ωｚ 时，为一高通陷波函数，将这两种陷波的滤波器组合，则可构成图５．２０（ｂ）所示的四阶带阻滤波器。
（５）全通滤波器。这是一种对幅频特性全通而对相频特性产生影响的滤波器，其目的主要是对信号进行时样控制。
本资料属于购线网gooxian.com所有，如需转载，请注明出处,更多资料查看，请前往购线网!
