模擬濾波器和經典的低通濾波器

前言：

絕大多數的電路系統在設計的時候都是需要考慮抗干擾能力的，這種干擾的來源是多樣性的，可能來自于電源，也可能來自于線路電磁干擾，甚至周圍的設備產生的電磁都可能對系統帶來干擾。所以如何設計一個抗干擾的系統用于濾除干擾帶來的影響，就變得很重要了。

打個比方，一個有源系統使用的是外部蓄電池的方式進行供電，這個蓄電池它輸出的電壓一般都不是很純潔的，除了電池的恒壓輸出外，往往還會摻雜一些變化性的雜波。這些雜波在整個傳輸的過程中會出現波動。如果輸入到系統的時候不想辦法濾除掉這些雜波，就有可能會對系統造成影響，嚴重還會導致系統的運行出現異常，甚至可能會損壞系統。

所以，濾波是重要而且很有必要的！

總而言之，濾波的作用是讓指定的頻段信號能夠順利通過，而其他頻段的信號就衰減或者消除掉！

目前，常用的濾波方式有：模擬濾波、數字濾波。

1、模擬濾波器（硬件濾波）

模擬濾波一般指的是用模擬電子器件對干擾進行過濾的方式，講簡單點就是通過硬件搭建的電路進行的濾波，也就是傳統意義上的濾波器電路。

模擬濾波的實現原理是利用電容、電感的容抗特性和感抗特性與頻率的關系。即，模擬濾波的實現通常都是使用電容、電感、電阻之類的電子元器件搭建的電路來組成硬件濾波電路，以此進行雜波濾除的方法。

比如:

上圖中是一個模塊的電源輸入部分，它的輸入電壓是24V，在輸入端的時候會通過電容和穩壓管進行一個穩壓和濾波；通過LM2596進行減壓到5V作給模塊的其他元器件的工作電壓，輸出端也做了簡單的濾波處理。

2、模擬電路中的有源和無源器件

模擬器件中根據元件器的自身使用條件，可以對模擬濾波再進行一個劃分，可分為：無源濾波和有源濾波。

無源濾波：指的是使用無源的器件搭建的濾波電路。比如電容、電阻、磁珠、電感之類的無源器件。這里的無源指的是不需要額外加電源就可以工作的元器件。

有源濾波：指的是使用有源器件搭建起來的濾波電路。比如單極型管、雙極型管、集成運放之類的有源器件。有源指的是這些器件的工作是需要額外加電源才能正常工作的元器件，比如集成運放。

3、經典的濾波電路

由于模擬濾波實在太多了，所以本文這里只說最簡單的低通濾波器，作為對濾波器的基本了解，方便學習！

經典的濾波電路，也是最簡單的濾波電路：RC濾波電路、LC濾波電路。

特別說明：假設截至頻率為fp，那么：

低通濾波器指的是：低于fp的頻率能通過，高于fp的頻率被衰減的濾波器；

高通濾波器指的是：高于fp的頻率能通過，低于fp的頻率被衰減。

（1） RC濾波電路

RC濾波電路指的是用電阻R，電容C組成的濾波器，如下圖所示：

RC濾波電路的特性：

1） 上限頻率：

上限頻率之前幅度變化是接近于0dB的，之后的幅度會按照斜率-20dB/十倍頻。

2） 相位從0.1f處0度滯后 ~ 到10f處90度滯后。

3） C的選取不能太小，否則負載電容對濾波電路的影響很大；C的值也不能太大，大電容的高頻特性一般都較差，會影響濾波電路的高頻特性。

4） R的取值過小會加大電源的負載，R的取值過大會消耗較多的能量。

RC濾波電路的優缺點：

**優點：**對低頻信號的濾波效果比較好！

缺點：

1）它不僅消耗希望被抑制的信號，也消耗我們希望保留的信號；

2）由于電容的高頻特性的限制，RC濾波電路不能用在太高頻的場合上，比如數Mhz以上的就不行了，得用LC濾波器了。

（2） LC濾波電路

LC濾波電路由于它的濾波效果比RC要好，所以在和RC電路的比較中，它的應用就廣泛很多。

LC濾波電路有好幾種形式的，比如：L型、T型、梯形、K型。最簡單的K型低通濾波器的電路如下圖：

LC濾波電路的主要特點：

1）K型濾波電路也要考慮與RC濾波器一樣的頻率特性，以及阻抗匹配問題。

2）如果終端阻抗比濾波器特性阻抗小時，Q值小于1，特性曲線呈現圓弧狀；終端阻抗比濾波器特性阻抗大時，特性曲線會產生尖峰。

LC濾波電路的優缺點：

**優點：**無源的LC濾波電路靈敏度低，穩定性好。

**缺點：**電感的元件體積都比較大，成本也高，而且還要考慮電感元件的磁屏蔽問題。

4、其他濾波器

上面只是介紹了低通濾波器中的RC濾波器和LC濾波器，但是實際上模擬濾波器是非常多的，無法一一列舉出來，如果有需要或者有興趣的可以參考一些其他的有關資料。

比如童詩白老師的**《模擬電子技術基礎》**，很經典的教程！

其他的一些濾波器常見的有：

1）  一階低通濾波器
2）  二階低通濾波器
3）  Butterworth低通濾波器
4）  chebyshev濾波器
5）  Bessel濾波器
6）  橢圓濾波器
7）  ......等等的