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  • 很多朋友看来,滤波器原理属于难以掌控的内容。但事实上,只要耐心学习,滤波器原理可被轻松掌握。本文中,将为大家讲解LC滤波器原理,并附带LC滤波电路实例。希望通过本文,大家能对LC滤波器原理有更深的理解。LC...

    很多朋友看来,滤波器原理属于难以掌控的内容。但事实上,只要耐心学习,滤波器原理可被轻松掌握。本文中,将为大家讲解LC滤波器原理,并附带LC滤波电路实例。希望通过本文,大家能对LC滤波器原理有更深的理解。

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    LC滤波器原理很简单,它就是利用电容同高频阻低频,电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频,利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过,对于需要的低频,利用电容高阻、电感低阻的特点是它通过。

    LC滤波器

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    LC滤波器也称为无源滤波器,是传统的谐波补偿装置。LC滤波器之所以称为无源滤波器,顾名思义,就是该装置不需要额外提供电源。LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,与谐波源并联,除起滤波作用外,还兼顾无功补偿的需要;

    LC滤波器按照功能分为LC低通滤波器、LC带通滤波器、高通滤波器、LC全通滤波器、LC带阻滤波器;

    按调谐又分为单调谐滤波器、双调谐滤波器及三调谐滤波器等几种。

    LC滤波器设计流程主要考虑其谐振频率及电容器耐压,电抗器耐流。

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    LC滤波器原理

    在电子线路中,电感线圈对交流有限流作用,由电感的感抗公式XL=2πfL 可知,电感L越大,频率f越高,感抗就越大。因此电感线圈有通低频,阻高频的作用,这就是电感的滤波原理。

    下面是LC滤波电路实例

    电感在电路最常见的作用就是与电容一起,组成LC滤波电路。我们已经知道,电容具有“阻直流,通交流”的本领,而电感则有“通直流,阻交流,通低频,阻高频”的功能。如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路(如图),那么,交流干扰信号大部分将被电感阻止吸收变成磁感和热能,剩下的大部分被电容旁路到地,这就可以抑制干扰信号的作用,在输出端就获得比较纯净的直流电流。

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    在线路板电源部分的电感一般是由线径非常粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容,这二者组成的就是上述的 LC滤波电路。另外,线路板还大量采用“蛇行线+贴片钽电容”来组成LC电路,因为蛇行线在电路板上来回折行,也可以看作一个小电感。

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    滤波电路的原理实际是L、c元件基本特性的组合利用。因为电容器的容抗xc=2nfc又1会随信号频率升高而变小,而电感器的感抗xl=2f会随信号频率升高而增大,如果把电容、电感进行串联、并联或混联应用,它们组合的阻抗也会随信号频率不同而发生很人变化口这表明,不同滤波电路会对某种频率信号呈现很小或很大的电抗,以致能让该频率信号顺利通过或阻碍它通过,从而起到选取某种频率信号和滤除某种频率信号的作用。

    以图9—3(a)所示的滤波电路来说,当有信号从左至右传输时,L对低频信号阻碍小,对高频信号阻碍大;C则对低频信号衰减小,对高频信号衰减大。因此该滤波电路容易通过低频信号,称为低通滤波电路。其特点可用图中的幅一频(UF特性f}}I线表示。

    对于图9—3(b)所示的滤波电路来说,容易通过高频信号,所以称为高通滤波电路。

    对于图9—3(c)所示的滤波电路,它利用C l和L1串联对谐振信号阻抗小、C2和L7并联对谐

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    振信号阻抗大的特性,能让谐振信号f容易通过,而阻碍其他频率信号通过,所以称为带通滤波电路。该电路的这种特点可用图中的幅一频(U-F特性曲线概括。

    对于图9—3(d)所示的滤波电路,它利用Cl和Ll并联对谐振信号阻抗大、C,和L,,串联对谐振信号阻抗小的特点,容易让谐振频率以外的信号通过,而抑制谐振信号厂F通过,所以称为带阻滤波电路。该电路的特点可用图中的幅一频(U-F性曲线来概括。

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  • 数字调谐滤波器原理及方案、电子技术,开发板制作交流
  • 交流滤波器保护的原理和实现pdf,
  • 波形滤波器表示呈现和/或捕获波形格式的数字音频数据的设备。应用程序通常通过DirectSound API或Microsoft Windows多媒体waveOut Xxx和waveIn Xxx函数来访问这些设备的功能。甲波渲染滤波器接收作为输入的波数字音频...

    波形滤波器表示呈现和/或捕获波形格式的数字音频数据的设备。应用程序通常通过DirectSound API或Microsoft Windows多媒体waveOut Xxx和waveIn Xxx函数来访问这些设备的功能。

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    甲波渲染滤波器接收作为输入的波数字音频流,并输出一个模拟音频信号(一组扬声器或外部混合器的)或数字音频流(到S / PDIF连接器,例如)。

    甲波捕获过滤器接收作为输入的一个模拟音频信号(从麦克风或输入插孔)或数字流(从S / PDIF连接器,例如)。同一滤波器输出包含数字音频数据的波流。

    单个滤波器可以同时执行渲染和捕获。例如,这种类型的滤波器可能代表一种音频设备,该设备可以通过一组扬声器播放音频,并同时通过麦克风记录音频。如动态音频子设备中所述,波形渲染和波形捕获硬件可以表示为单独的波形滤波器。

    音频适配器驱动程序通过将wave微型端口驱动程序(系统硬件实施为硬件供应商作为适配器驱动程序的一部分实现)与wave端口驱动程序绑定在一起来构成wave滤波器。微型端口驱动程序处理波形滤波器的所有特定硬件,而端口驱动程序则管理所有通用的波形滤波器功能。

    PortCls系统驱动程序(Portcls.sys)实现了三个Wave端口驱动程序:WaveRT,WavePci和WaveCyclic。

    三种类型的滤波器的操作如下:

    甲波滤波器分配用于数据的缓冲器,并且对用户模式客户端可直接访问该缓冲区。缓冲区可以由连续或不连续的内存块组成,具体取决于波形设备的硬件功能。客户端访问缓冲区作为虚拟内存的连续块。缓冲区是循环的,这意味着当设备的读取(用于渲染)或写入(用于捕获)指针到达缓冲区的末尾时,它将自动回绕到缓冲区的开头。

    尽管客户端将缓冲区作为单个连续的虚拟内存块访问,但是WavePci筛选器必须将缓冲区作为一系列可能的非连续内存块访问。包含渲染或捕获流连续部分的块在设备处排队。当设备的读或写指针到达一个块的末尾时,它将移至队列中下一个块的开始。

    甲WaveCyclic滤波器分配由存储器中,用于作为其输出(用于渲染)或输入(捕获)缓冲器的单个的,连续的块的缓冲器。该缓冲区是循环的。由于客户端不能直接访问该缓冲区,因此驱动程序必须在驱动程序的循环缓冲区和客户端的用户模式缓冲区之间复制数据。

    WaveRT优于WavePci和WaveCyclic。WavePci和WaveCyclic与早期版本的Windows一起使用。

    WaveRT滤波器可以表示驻留在系统总线上的音频设备,例如PCI或PCI Express。WaveRT过滤器相对于WaveCyclic或WavePci过滤器的主要优点在于,WaveRT过滤器允许用户模式客户端直接与音频硬件交换音频数据。相反,WaveCyclic和WavePci滤波器都需要驱动程序进行定期软件干预,这会增加音频流的延迟。此外,具有和不具有分散/聚集DMA功能的音频设备都可以表示为WaveRT滤波器。

    在电子领域,滤波器有许多实际应用。示例包括:

    无线电通信:过滤器使无线电接收器仅“看到”所需信号,而拒绝所有其他信号(假定其他信号具有不同的频率成分)。

    直流电源:滤波器用于消除交流输入线上存在的不希望的高频(即噪声)。此外,在电源的输出端使用了滤波器以减少纹波。

    音频电子设备:交叉网络是一个滤波器网络,用于将低频音频传输到低音扬声器,将中频频率传输到中音扬声器,以及将高频声音传输到高音扬声器。

    模数转换:滤波器放置在ADC输入的前面,以最小化混叠。

    四种主要类型的过滤器

    滤波器的四种主要类型包括低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器和陷波滤波器(或带阻滤波器或带阻滤波器)。但是,请注意,术语“低”和“高”并不表示频率的任何绝对值,而是相对于截止频率的相对值。

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    下面的图1给出了这四个过滤器各自如何工作的总体思路:

    图1。四种主要过滤器类型的基本描述。

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    也有一种全通滤波器,  但出于本文目的,我不认为它是四种基本滤波器类型之一。

    无源和有源滤波器

    过滤器可以放在以下两种类别之一中:被动或主动。

    无源滤波器仅包括无源组件- 电阻器,电容器和电感器。相比之下,有源滤波器除了使用电阻器和电容器外,还使用诸如运算放大器之类的有源组件,但不使用电感器。

    无源滤波器对大约100 Hz至300 MHz的频率范围最敏感。下端的限制是由于在低频下电感或电容必须很大的事实。上限频率是由于寄生电容和电感的影响。仔细的设计实践可以将无源电路的使用范围扩展到千兆赫兹范围。

    有源滤波器能够处理非常低的频率(接近0 Hz),并且可以提供电压增益(无源滤波器不能)。有源滤波器可用于设计高阶滤波器,而无需使用电感器。这一点很重要,因为电感器在集成电路制造技术中存在问题。但是,由于放大器带宽的限制,有源滤波器不太适合超高频应用。射频电路必须经常使用无源滤波器。

    响应曲线用于描述滤波器的行为。响应曲线只是表示衰减比(V OUT / V IN)与频率的关系的曲线图(请参见下面的图2)。衰减通常以分贝(dB)为单位表示。频率可以两种形式表达:角形式ω(单位为rad / s)或f的更常见形式(Hz的单位,即每秒循环数)。这两种形式与ω=2πf相关。最后,可以以线性-线性,对数线性或对数-对数形式绘制滤波器响应曲线。最常见的方法是在y轴上有分贝,在x轴上有对数频率。

    注意:陷波滤波器是具有窄带阻带宽的带阻滤波器。陷波滤波器用于衰减较窄的频率范围。

    以下是描述滤波器响应曲线时常用的一些技术术语:

    -3dB频率(f 3dB)。该术语称为“负3dB频率”,对应于使输出信号相对于输入信号下降-3dB的输入频率。-3dB频率也称为截止频率,它是输出功率降低一半的频率(这就是为什么该频率也称为“半功率频率”的原因)或输出电压是输入电压乘以1 /√2。对于低通和高通滤波器,只有一个-3dB频率。但是,带通滤波器和陷波滤波器有两个-3dB的频率,这些频率通常称为f 1和f 2。

    中心频率(f 0)。中心频率(用于带通和陷波滤波器的术语)是位于上限和下限截止频率之间的中心频率。中心频率通常定义为下截止频率和上截止频率的算术平均值(请参见下面的公式)或几何平均值。

    带宽(β或BW)。带宽是通带的宽度,通带是从滤波器的输入移到滤波器的输出时不会经历明显衰减的频率带。

    阻带频率(f s)。这是衰减达到指定值的特定频率。

    对于低通和高通滤波器,超出阻带频率的频率称为阻带。

    对于带通和陷波滤波器,存在两个阻带频率。这两个阻带频率之间的频率称为阻带。

    品质因数(Q):滤波器的品质因数传达了其阻尼特性。在时域中,阻尼对应于系统阶跃响应中的振荡量。在频域中,较高的Q对应于系统幅度响应中的更多(正或负)峰值。对于带通或陷波滤波器,Q表示中心频率与-3dB带宽之间的比率(即f 1和f 2之间的距离)。

    对于带通和陷波滤波器:

    Q = f 0 /(f 2 -f 1)

    滤波器在许多常见应用中起着至关重要的作用,例如电源,音频电子设备和无线电通信等。滤波器可以是有源或无源的,并且滤波器的四种主要类型是低通,高通,带通和陷波/带阻。

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  • LC滤波器原理

    万次阅读 多人点赞 2016-03-05 09:28:54
    LC滤波器原理 LC滤波器也称为无源滤波器,是传统的谐波补偿装置。LC滤波器之所以称为无源滤波器,顾名思义,就是该装置不需要额外提供电源。LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,与谐波源并联...
    LC滤波器原理
    LC滤波器也称为无源滤波器,是传统的谐波补偿装置。LC滤波器之所以称为无源滤波器,顾名思义,就是该装置不需要额外提供电源。LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,与谐波源并联,除起滤波作用外,还兼顾无功补偿的需要;
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    目录1.基本原理

    2.滤波的概念

    3.主要参数

    4.作用

    5.使用

    滤波器是什么?滤波器是对波进行过滤的器件,一般有两个端口,一个输入信号、一个输出信号。可以说它是重要的电子元器件,滤波器把电源功率传输到设备上,大大衰减经电源传入的EMI电磁干扰信号,保护设备免受其害;同时,又能有效地控制设备本身产生的EMI信号,防止它进入电网,污染电磁环境,危害其他设备。那么滤波器的工作原理是如何的?作用又是什么呢?本文将介绍滤波器的原理、滤波概念以及作用。

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    图1 滤波器

    1.基本原理

    滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成,它允许有用信号的电流通过,对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种,因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。其基本原理有三种:

    (1)利用电容通高频隔低频的特性,将火线、零线高频干扰电流导入地线(共模),或将火线高频干扰电流导入零线(差模);

    (2)利用电感线圈的阻抗特性,将高频干扰电流反射回干扰源;

    (3)利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性,针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可。

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    图2 滤波器形状

    2.滤波的概念

    滤波是信号处理中的一个重要概念,滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分,保留其直流成分,使输出电压纹波系数降低,波形变得比较平滑。

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    图3 滤波前后波形

    一般来说,滤波分为经典滤波和现代滤波。

    经典滤波是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念,根据高等数学理论,任何一个满足一定条件的信号,都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。

    换句话说,就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的,组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过,而阻止另一部分频率成分通过的电路,叫做经典滤波器或滤波电路。

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    图4 滤波时域与频域图

    在经典滤波和现代滤波中,滤波器模型其实是一样的(硬件方面的滤波器其实进展并不大),但现代滤波还加入了数字滤波的很多概念。

    3.主要参数

    通带带宽:指需要通过的频谱宽度,BW=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。

    带内波动(Passband Ripple):通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。

    纹波(Ripple):指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰值。

    延迟(Td):指信号通过滤波器所需要的时间,数值上为传输相位函数对角频率的导数,即Td=df/dv。

    带内相位线性度:该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。

    插入损耗(Insertion Loss):由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗,以中心或截止频率处损耗表征,如要求全带内插损需强调。

    回波损耗(Return

    Loss):端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数,也等于20Log10ρ,ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。

    中心频率(Center

    Frequency):滤波器通带的频率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。

    截止频率(Cutoff

    Frequency):指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为:低通以DC处插损为基准,高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。

    带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR>1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR<1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。

    阻带抑制度:衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法:一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB,计算方法为fs处衰减量;另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数(KxdB>1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1,制作难度当然也就越大。

    4.作用

    (1)将有用的信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性及信噪比;

    (2)滤掉不感兴趣的频率成分,提高分析精度;

    (3)从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。

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    图5 滤波器外形

    5.使用

    为了提高电源的品质、电路的线性、减少各种杂波和非线性失真干扰和谐波干扰等均使用滤波器。对武器系统来讲,使用滤波器的场所有:

    (1)除总配电系统和分配电系统上设置电源滤波器外,进入设备的电源均要安装滤波器,最好使用线至线滤波器,而不使用线至地滤波器。

    (2)对脉冲干扰和瞬变干扰敏感的设备,使用隔离变压器供电时,应在负端加装滤波器。

    (3)对含电爆装置的武器系统供电时,应加滤波器。必要时,电爆装置的引线也要加装滤波器。

    (4)各分系统或设备之间的接口处,应有滤波器抑制干扰,确保兼容。

    (5)设备和分系统的控制信号,其输入和输出端均应加滤波器或旁路电容器。

    本文总结了滤波器的原理、滤波概念、参数、作用以及使用注意事项。滤波器种类繁多,各种滤波器具有不同的性能特点,因此在滤波器选择时,通常需要综合考虑客户的实际使用环境以及客户性能需求才能做出正确、有效、可靠的选择。

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    万次阅读 多人点赞 2018-03-27 11:45:33
    原文:点击打开链接滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定...滤波的概念滤波是信号处理中的一个重要概念,滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分,保留其直流成分,使输出电压纹波系数降低,波形...
  • 接地、屏蔽和滤波是抑制电磁干扰的三大措施,下面主要介绍在电源中使用的EMI滤波器及其基本原理和正确应用方法。  2 电源设备中噪声滤波器的作用  电子设备的供电电源,如220V/50Hz交流电网或115V/400Hz交流发电...
  • 接地、屏蔽和滤波是抑制电磁干扰的三大措施,下面主要介绍在电源模块中使用的EMI滤波器及其基本原理和正确应用方法。  2电源设备中噪声滤波器的作用  电子设备的供电电源模块,如220V/50Hz交流电网或115V/400Hz...
  •  直接驱动电动机(d-d motor,dynaserv)因其不需要减速器而在某些特定场合得到广泛的应用,相当于我们称作的力矩电动机,只不过前者是用新型的交流电动机原理,是数字控制式的。现用横河公司(yokogawa)的智能驱动器...
  • 滤波器的作用与原理应用

    万次阅读 多人点赞 2018-01-23 11:07:30
     滤波器介绍  滤波器,顾名思义,是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念,在电子技术领域,“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用,...
  • 为满足稳态强磁场超导磁体模型线圈电源交流侧谐波抑制及无功补偿的需求,提出将并联型有源电力滤波器(APF)应用其中的方案。对其工作原理进行了说明,给出了设计结构。提出基于FBD法的谐波电路运算方式,较传统ip-iq...
  • 其工作原理与一对背靠背连接的二极管一样。换言之,其阻断了高低压间的放电现象,并且是无极性的。在低电平时,它们相当于一个绝缘体。当存在过高电平时,变阻器阻抗降低,将过高的电流分掉,避免其从高压流向低压9...

空空如也

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交流滤波器原理