分類
( 1)按所處理的信號分為模擬濾波器和數字濾波器兩種。
( 2)按所通過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。
低通濾波器:它允許信號中的低頻或直流分量通過,抑制高頻分量或干擾和噪聲。
高通濾波器:它允許信號中的高頻分量通過,抑制低頻或直流分量。
帶通濾波器:它允許一定頻段的信號通過,抑制低於或高於該頻段的信號、干擾和噪聲。
帶阻濾波器:它抑制一定頻段內的信號,允許該頻段以外的信號通過。
( 3)按所採用的元器件分為無源和有源濾波器兩種。
無源濾波器: 僅由無源元件(R、L 和C)組成的濾波器,它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變化的原理構成的。這類濾波器的優點是:電路比較簡單,不需要直流電源供電,可靠性高;缺點是:通帶內的信號有能量損耗,負載效應比較明顯,使用電感元件時容易引起電磁感應,當電感L較大時濾波器的體積和重量都比較大,在低頻域不適用。
有源濾波器:由無源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運算放大器)組成。這類濾波器的優點是:通帶內的信號不僅沒有能量損耗,而且還可以放大,負載效應不明顯,多級相聯時相互影響很小,利用級聯的簡單方法很容易構成高階濾波器,並且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁禁止(由於不使用電感元件);缺點是:通帶範圍受有源器件(如集成運算放大器)的頻寬限制,需要直流電源供電,可靠性不如無源濾波器高,在高壓、高頻、大功率的場合不適用。
主要參數
( 1)通帶增益A0:濾波器通帶內的電壓放大倍數。
( 2)特徵角頻率 和特徵頻率fn:它只與濾波用的電阻和電容元件的參數有關,通常對於帶通(帶阻)濾波器,稱為帶通(帶阻)濾波器的中心角頻率 或中心頻率f0,是 通帶(阻帶)內電壓增益最大(最小)點的頻率。
( 3)截止角頻率 和截止頻率f0:它是電壓增益下降到 (即)時所對應的角頻率。必須注意 不一定等於 。帶通和帶阻濾波器有兩個。
( 4)通帶(阻帶)寬度BW:它是帶通(帶阻)濾波器的兩個之差值。
( 5)等效品質因數Q:對低通和高通濾波器而言,Q值等於 時濾波器電路電壓增益的模與通帶增益之比,即 ;對帶通(帶阻)濾波器而言,Q值等於中心角頻率與通帶(阻帶)寬度BW之比。
階數
有源濾波器傳遞函式分母中“S”的最高“方次”稱為濾波器的“階數”。階數越高,濾波器幅頻特性的過渡帶越陡,越接近理想特性。一般情況下,一階濾波器過渡帶按每十倍頻20dB速率衰減;二階濾波器每十倍頻40dB速率衰減。高階濾波器可由低階濾波器串接組成。
對偶關係
低通和高通濾波器之間的對偶關係
( 1)幅頻特性的對偶關係
當低通濾波器和高通濾波器的通帶增益 A0、 截止頻率 或 f0分別相等時,兩者的幅頻特性曲線相對於垂直線f=f0對稱。
( 2)傳遞函式的對偶關係
將低通濾波器傳遞函式中的S換成1/S,則變成對應的高通濾波器的傳遞函式。
( 3)電路結構上的對偶關係
將低通濾波器中的 起濾波作用的電容C換成電阻R,並將起濾波作用的電阻R換成電容C,則低通濾波器轉化為對應的高通濾波器。