什么是過濾器

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

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

過濾器的分類

2.1 基于濾波器頻率選擇的分類

低通濾波器

從0到f2，幅頻特性平坦，可使信號中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，而f_1以下的頻率分量會大大衰減。

帶通濾波器

帶通濾波器的通帶在f1和f2之間。它允許信號中高于f1和低于f2的頻率分量通過而不會衰減，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。它衰減信號中高于f1和低于f2的頻率分量，并通過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。其他過濾器可以分為這兩種類型的過濾器。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)”標準的分類

巴特沃斯過濾器

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。幅值頻率響應(yīng)表達式為：

In 是過濾器的順序;WC是濾波器的截止頻率，

當 w=wc 時， |H（wc）|2=1/2，所以wc對應(yīng)于濾波器的-3db點。

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），并以最高階泰勒級數(shù)的形式近似濾波器的理想矩形形狀。

切比雪夫濾波器

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

ε是決定通帶紋波大小的波動系數(shù)，0 《ε 《1。紋波是由于實際濾波器網(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，但在進入阻帶后，對于相同的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)的波動就越小。同時，截止頻率處衰減的分貝值也會變小，但進入阻帶后的衰減特性會減慢。與巴特沃茲濾波器相比，切比雪夫濾波器通帶存在紋波，切比雪夫濾波器的過渡帶為輕陡直;因此，當通帶中不允許紋波時，巴特沃茲濾波器更理想。

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

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

貝塞爾濾波器

只滿足相頻特性，不關(guān)心幅頻特性。貝塞爾濾波器，也稱為最平坦的時間延遲或延遲濾波器。相移與頻率成正比，即線性關(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)過濾器組件的性質(zhì)進行分類

無源濾波器（R、L、C）

有源濾波器（包括運算放大器）