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滤波器的分类和案例搭建

巨霖 来源:巨霖 2024-07-22 11:27 次阅读

滤波器的基本概念:

滤波器,作为一种信号处理器件,在电子威廉希尔官方网站 和信号处理领域扮演着至关重要的角色。它能够通过增强或抑制特定频率的信号成分来改变信号的频谱特性。滤波器在各种领域中都有广泛的应用,它主要的作用是对电路中的信号进行滤波,即去除或减弱某些频率范围内的信号,同时保留或增强其他频率范围内的信号。这种频率选择性的特性使得滤波器在去除噪声、干扰和杂波等方面具有显著的效果,从而提高信号的质量和稳定性。

滤波器的分类:

根据频率特性和工作方式,滤波器可以分为几种主要类型:

低通滤波器(Low-pass Filter):只允许低于某个截止频率的信号通过,高于该频率的信号被阻止。

高通滤波器(High-pass Filter):只允许高于某个截止频率的信号通过,低于该频率的信号被阻止。

带通滤波器(Band-pass Filter):只允许某个频率范围内的信号通过,超出该范围的信号被阻止。

带阻滤波器(Band-stop Filter):阻止某个频率范围内的信号通过,其他频率的信号可以通过。

wKgZomad0bKAJ6vaAAEWemAfH0U564.jpg

此外,滤波器还可以根据其他标准进行分类,如:根据是否需要外部电源可分为无源滤波器和主动滤波器;根据实现方式可分为interwetten与威廉的赔率体系 滤波器和数字滤波器等。

案例搭建

巨霖科技的 PowerExpert 软件中拥有丰富的器件库,在该软件中搭建一个一阶有源低通滤波器如下图所示:

wKgZomad0bOAG5ICAAG_TsjEQy8290.jpg

该电路可以看作是RC低通滤波和同相放大电路一起构成,通过公式推导RC低通滤波器可得输入端的传递函数:

wKgaomad0bKAe7XGAAA4T_dXqns492.jpg

由同相放大电路可得通带放大倍数:

wKgZomad0bKAcZXRAAAFKwc7QdA156.jpg

则总传递函数H(s):由于s的方为一次,称之为一阶

wKgZomad0bKAJIi2AAAtJLv5sbQ359.jpg

通过分析可得该电路理想情况为单极点电路,幅值增益为11,极点及截止频率(cut off frequency)约为159hz。为了获得该电路的频率相应曲线,使用 PowerExpert 的AC仿真模式进行仿真,如下图所示:

wKgaomad0bKAP9nFAAEu8SjCgcA942.jpg

在AC仿真的设定中,可以选择多种输出格式(幅值、相位、实部、虚部、20dB),同时当勾选上Transfer Function,选好电路的输入输出时,也可以直接输出该电路的传递函数,在本仿真中使用十倍频的形式进行频率的扫描。

同时为了更简单的获得电路的波德图,PowerExpert中也添加了GainPhase器件,通过线路连接系统的输入和输出即可获得该电路的波德图

wKgZomad0bKAZKe4AAAKduS1Ncw540.jpg

电路仿真结果如下:

wKgZomad0bKAWW8GAAFcSDDDQWM348.jpg

从图上可得该电路的3db点(及截止频率为159hz)与公式推导结果一致。

同时PowerExpert中内置拉普传递函数器件,因为滤波器的本质可以用传递函数来描述,所以可以通过拉普拉斯函数器件当作高阶复杂的滤波器来使用:

wKgaomad0bKAIb4uAACvIcdxyJs468.jpg

放置上图电路中的传递函数进行瞬态仿真,结果如下:

wKgaomad0bKADUc1AAF9jJoEGqI928.jpg

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原文标题:滤波器简介及仿真案例分析

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