信號濾波器信號濾波器原理

濾波是信號處理中的一個重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。

實際上，任何一個電子系統(tǒng)都具有自己的頻帶寬度（對信號最高頻率的限制），頻率特性反映出了電子系統(tǒng)的這個基本特點。而濾波器，則是根據(jù)電路參數(shù)對電路頻帶寬度的影響而設(shè)計出來的工程應(yīng)用電路。

用模擬電子電路對模擬信號進行濾波，其基本原理就是利用電路的頻率特性實現(xiàn)對信號中頻率成分的選擇。根據(jù)頻率濾波時，是把信號看成是由不同頻率正弦波疊加而成的模擬信號，通過選擇不同的頻率成分來實現(xiàn)信號濾波。

當(dāng)允許信號中較高頻率的成分通過濾波器時，這種濾波器叫做高通濾波器。

當(dāng)允許信號中較低頻率的成分通過濾波器時，這種濾波器叫做低通濾波器。

當(dāng)只允許信號中某個頻率范圍內(nèi)的成分通過濾波器時，這種濾波器叫做帶通濾波器。

當(dāng)不允許信號中某個頻率范圍內(nèi)的成分通過濾波器時，這種濾波器叫做帶阻濾波器。

圖示：

理想濾波器的行為特性通常用幅度-頻率特性圖描述，也叫做濾波器電路的幅頻特性。理想濾波器的幅頻特性如圖所示。圖中，w1和w2叫做濾波器的截止頻率。 濾波器頻率響應(yīng)特性的幅頻特性圖 對于濾波器，增益幅度不為零的頻率范圍叫做通頻帶，簡稱通帶，增益幅度為零的頻率范圍叫做阻帶。

例如對于LP，從-w1當(dāng)w1之間，叫做LP的通帶，其他頻率部分叫做阻帶。通帶所表示的是能夠通過濾波器而不會產(chǎn)生衰減的信號頻率成分，阻帶所表示的是被濾波器衰減掉的信號頻率成分。通帶內(nèi)信號所獲得的增益，叫做通帶增益，阻帶中信號所得到的衰減，叫做阻帶衰減。在工程實際中，一般使用dB作為濾波器的幅度增益單位。低通濾波器低通濾波器的基本電路特點是，只允許低于截止頻率的信號通過。

（1）一階低通Butterworth濾波電路下圖a和b是用運算放大器設(shè)計的兩種一階Butterworth濾波電路的電路。圖a是反相輸入一階低通濾波器，實際上就是一個積分電路，其分析方法與一階積分電路相同。 基本濾波電路 演示圖b是同相輸入的一階低通濾波器。根據(jù)給定的電路圖可以得到 對濾波器來說，更關(guān)心的是正弦穩(wěn)態(tài)是的行為特性，利用拉氏變換與富氏變換的關(guān)系，有 下圖是上式RC=2時的幅頻特性和相頻特性波特圖。RC=2時一階Butterworth低通濾波器的頻率響應(yīng)特性

（2）二階低通Butterworth濾波電路下 圖是用運算放大器設(shè)計的二階低通Butterworth濾波電路。 二階Butterworth低通濾波電路 直接采用頻域分析方法得到 其中k = 1 R1/R2 。令Q=1/（3-k），w0=1/RC，則可以寫成 其中k相當(dāng)于同相放大器的電壓放大倍數(shù)，叫做濾波器的通帶增益，Q叫做品質(zhì)因數(shù)，w0叫做特征角頻率。下圖是二階低通濾波器在RC=2時的波特圖，其中圖a是Q>0.707時的效果，圖b是Q=0.707時的效果，圖c是Q<0.707時的效果。 (a) Q>0.707 (b) Q=0.707 (c)Q<0.707二階低通濾波器在RC=2時的波特圖 從圖中可以看出，當(dāng)Q>0.707 或Q<0.707時，通帶邊沿處會出現(xiàn)比較大的不平坦現(xiàn)象。因此，品質(zhì)因數(shù)表明了濾波器通帶的狀態(tài)。一般要求Q=0.707。由此可以得到 這就是二階Butterworth濾波器電壓增益得計算0.707公式。令Q=0.707，得0.414R2 = 0.707R1 通常把最大增益倍所對應(yīng)的信號頻率叫做截止頻率，這時濾波器具有3dB的衰減。利用濾波器幅頻特性的概念，可以得到截止頻率w0 =w =1/RC，即 f =1/2pRC 高通濾波器的特點是，只允許高于截止頻率的信號通過。下圖是二階Butterworth高通濾波器電路的理想物理模型。 直接采用頻域分析方法，并令k = 1 R1/R2 ，Q =1/（3-k），w0=1/RC，則可以得到二階Butterworth高通濾波電路的傳遞函數(shù)為 二階Butterworth高通濾波電路 演示高通濾波器 考慮正弦穩(wěn)態(tài)條件下，s=jw，得 二階BButterworth高通濾波器在頻率響應(yīng)特性與低通濾波器相似，當(dāng)Q>0.707或Q<0.707時，通帶邊沿處會出現(xiàn)不平坦現(xiàn)象。有關(guān)根據(jù)品質(zhì)因數(shù)Q計算電路電阻參數(shù)R1 和R2的方法與二階低通濾波器的計算相同。同樣，利用濾波器幅頻特性的概念，可以得到截止頻率w0 =w =1/RC，即 f =1/2pRC

信號線濾波器的主要作用是解決空間電磁干擾問題，例如設(shè)備向空間輻射較強的電磁干擾，或者設(shè)備對空間的電磁干擾敏感等問題。前面看到的信號線電纜與電源線電纜之間的耦合導(dǎo)致傳導(dǎo)發(fā)射在高頻超標(biāo)的現(xiàn)象，就是由于信號線上的高頻干擾通過空間耦合到了電源線上造成的。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為信號電纜本身就是一條效率很高的輻射和接收天線，它造成的危害如下：

1)造成很強的超標(biāo)輻射：機箱內(nèi)的電磁能量在電纜上感應(yīng)出共模電壓和電流，共模電流在電纜上流動，產(chǎn)生了共模輻射。這種輻射往往是設(shè)備產(chǎn)生超標(biāo)輻射的主要原因。

2)設(shè)備周圍環(huán)境空間中的電磁能量被電纜接收到后，形成共模電流，沿著導(dǎo)線傳進機箱，一方面對與電纜直接連接的電路產(chǎn)生干擾，另一方面借助導(dǎo)線再次輻射，對機箱內(nèi)的其它電路（沒有直接與電纜連接的電路）造成干擾。

3)造成屏蔽體或隔離層被破壞，產(chǎn)生這種作用的原因也是電纜的對電磁波的接收和再次輻射，導(dǎo)致電磁能量通過電纜泄漏，從現(xiàn)象上看就是屏蔽體的屏蔽效能將低。

理論和實驗均表明：設(shè)備上的電纜是電磁兼容上最薄弱的環(huán)節(jié)。信號線濾波器的作用就是解決上述三個方面的問題。下面的結(jié)論是十分重要的：

任何穿過屏蔽體或隔離體的導(dǎo)線或電纜都會破壞原有的屏蔽效果和隔離效果，對這些導(dǎo)線，必須采取濾波措施。

信號線濾波以共模濾波為主。這是因為電纜上感應(yīng)的電流一般都是共模形式的，而對信號電纜上傳輸?shù)牟钅Ｐ盘枺Ｍ划a(chǎn)生任何影響。

公司可以在2個工作周內(nèi)提供0.5A-1800A的單相（三相）交直流電源濾波器，信號濾波器，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用與EMC測試，信息安全，工業(yè)控制，儀器測量，變頻逆變設(shè)備以及電力驅(qū)動系統(tǒng)。我公司已經(jīng)與國內(nèi)知名的變頻器制造商、軍工企業(yè)，政府機要局建立了良好的合作關(guān)系。

穿心式電容，其電感較普通電容小得多，故而自諧振頻率很高；同時，由于其采用穿心式的安裝方式，也有效地防止了高頻信號從輸入端直接耦合到輸出端，因此，這種低通高阻的組合，在 1GHz 頻率范圍內(nèi)，提供了極好的抑制效果。

穿心電容主要應(yīng)用于：,饋通濾波器,低通濾波器,EMI濾波器,信號濾波器,濾波電容器,焊接式饋通濾波器,螺紋式饋通濾波器,樹脂密封濾波器,玻璃密封高性能濾波器 標(biāo)稱容量Capacitance ：

10pF,65pF,100pF,470pF,500pF,1000pF,1200pF,1500pF,1750pF,2000pF,2500pF,2700pF,3000pF,3300pF,4700pF,5000pF,5500pF,6800pF,7000pF,9000pF,10000pF,0.01μF,0.012μF,0.015μF,0.018μF,0.022μF,0.025μF,0.027μF,0.028μF,0.045μF,0.050μF,0.056μF,0.075μF,0.08μF,0.1μF,0.15μF,0.21μF,0.3μF,0.75μF,0.8μF,1μF,0.015μF,0.060μF,0.062μF,0.150μF,0.200μF,0.250μF,0.250μF,0.300μF,0.450μF,0.500μF,0.7μF,0.750μF,0.990μF,1.0μF,1.2μF,1.4μF,1.5μF,2.1μF,2.8μF,4.0μF,5.2μF,

其中1000pF=1nF 1000000pF=1μF 1000nF=1μF 1μF=1000nF=1000000pF 1F=1000000μF

工作電流Rated Current ：

0.06A,0.15A,0.25A,0.3A,0.45A,0.5A,1A,2A,3A,4A,5A,10A,15A,25A,50A,100A

額定電壓Rated Voltage ：

直流：5V,28V,35V,50V,60V,70V,80V,100V,150V,200V,250V,275V,300V,330V,350V,400V,450V,500V,600V,750V,1250V,2500V

交流：70V,85V,90V,115V,125V,140V,200V,220V,230V,240V,330V,350V

耐電壓Dielectric Withstanding Voltage ：

直流：額定電壓的2.5倍 交流：額定電壓的6倍的直流電壓

工作溫度Working Temperature Range：

E：-10- 85℃ F：-25- 85℃ G：-30- 125℃

H：-40- 85℃ I：-55- 85℃ J：-55- 125℃

EMI 濾波器的構(gòu)成

濾波電容

濾波器所用的電容一般為陶瓷電容。由于其物理結(jié)構(gòu)，這種陶瓷電容又稱為穿心式電容。

穿心式電容自電感較普通電容小得多，故而自諧振頻率很高。同時，穿心式設(shè)計，也有效地防止了高頻信號從輸入端直接耦合到輸出端。這種低通高阻的組合，在 1GHz 頻率范圍內(nèi)，提供了極好的抑制效果。

最簡單的穿心結(jié)構(gòu)是由內(nèi)外電極和陶瓷構(gòu)成的一個（ C 型）或兩個電容（ Pi 型）。

這種電容的容量可從 10pF ，工作電壓可達(dá) 2000VDC 。管式穿心電容因為其同軸性，即使在 10GHz 頻率，也不會產(chǎn)生明顯的自諧振。

濾波電感

濾波電感一般采用鐵氧體材料，它可以方便地與穿心電容組合起來，形成復(fù)合濾波器，在高性能濾波器中，也采用線繞電感。但需注意，鐵氧材料在大電流下會發(fā)生磁飽和，降低濾波器效能。

安裝方式Filter Installation Style ：

H：焊接式Solder-in Style Filters I：螺栓式 Screw Threaded Style Filters

螺紋直徑公制范圍Thread Size ：

M3,M4,M5,M6,M8,M92100433B