濾波器
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濾波器（filter）是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經過過濾而得到純淨的直流電。
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濾波器概述
對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電路，就是濾波器。
其功能就是得到一個特定頻率或消除一個特定頻率，
濾波器是一種對信號有處理作用的器件或電路。
主要作用是：讓有用信號儘可能無衰減的通過，對無用信號儘可能大的衰減。
濾波器一般有兩個埠，一個輸入信號、一個輸出信號
利用這個特性可以將通過濾波器的一個波群或複合噪波，而得到一個特定頻率的正弦波。
濾波器是由電感器和電容器構成的網路，可使混合的交直流電流分開。電源整流器中，即藉助此網路濾淨脈動直流中的漣波，而獲得比較純淨的直流輸出。最基本的濾波器，是由一個電容器和一個電感器構成，稱為L型濾波。所有各型的濾波器，都是集合L型單節濾波器而成。基本單節式濾波器由一個串聯臂及一個並聯臂所組成，串聯臂為電感器，並聯臂為電容器，如圖3-67所示。在電源及聲頻電路中之濾波器，最通用者為L型及π型兩種。就L型單節濾波器而言，其電感抗XL與電容抗XC，對任一頻率為一常數，其關係為
XL.XC=K2
故L型濾波器又稱為K常數濾波器。倘若一濾波器的構成部分，較K常數型具有較尖銳的截止頻率（即對頻率範圍選擇性強），而同時對此截止頻率以外的其他頻率只有較小的衰減率者，稱為m常數濾波器。所謂截止頻率，亦即與濾波器有尖銳諧振的頻率。通帶與帶阻濾波器都是m常數濾波器，m為截止頻率與被衰減的其他頻率之衰減比的函數。每一m常數濾波器的阻抗與K常數濾波器之間的關係，均由m常數決定，此常數介於0～1之間。當m接近零值時，截止頻率的尖銳度增高，但對於截止頻的倍頻之衰減率將隨著而減小。最合於實用的m值為0.6。至於那一頻率需被截止，可調節共振臂以決定之。m常數濾波器對截止頻率的衰減度，決定於共振臂的有效Q值之大小。若達K常數及m常數濾波器組成級聯電路，可獲得尖銳的濾波作用及良好的頻率衰減。
濾波器作用
濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件。「波」是一個非常廣泛的物理概念，在電子技術領域，「波」被狹義地局限於特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類感測器的作用，被轉換為電壓或電流的時間函數，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。因為自變數時間『是連續取值的，所以稱之為連續時間信號，又習慣地稱之為模擬信號(Analog Signal)。隨著數字式電子計算機(一般簡稱計算機)技術的產生和飛速發展，為了便於計算機對信號進行處理，產生了在抽樣定理指導下將連續時間信號變換成離散時間信號的完整的理論和方法。也就是說，可以只用原模擬信號在一系列離散時間坐標點上的樣本值表達原始信號而不丟失任何信息，波、波形、信號這些概念既然表達的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現代社會賴以生存的各種信息的載體。信息需要傳播，靠的就是波形信號的傳遞。信號在它的產生、轉換、傳輸的每一個環節都可能由於環境和干擾的存在而畸變，有時，甚至是在相當多的情況下，這種畸變還很嚴重，以致於信號及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當中了。
濾波，本質上是從被噪聲畸變和污染了的信號中提取原始信號所攜帶的信息的過程。
濾波器類型
巴特沃斯響應（最平坦響應）
巴特沃斯響應能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應非常平坦，非常接近DC信號，然後慢慢衰減至截止頻率點為-3dB，最終逼近-20ndB/decade的衰減率，其中n為濾波器的階數。巴特沃斯濾波器特別適用於低頻應用，其對於維護增益的平坦性來說非常重要。
貝塞爾響應
除了會改變依賴於頻率的輸入信號的幅度外，濾波器還會為其引入了一個延遲。延遲使得基於頻率的相移產生非正弦信號失真。就像巴特沃斯響應利用通帶最大化了幅度的平坦度一樣，貝塞爾響應最小化了通帶的相位非線性。
切貝雪夫響應
在一些應用當中，最為重要的因素是濾波器截斷不必要信號的速度。如果你可以接受通帶具有一些紋波，就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。附錄A包含了設計多達8階的具巴特沃斯、貝塞爾和切貝雪夫響應濾波器所需參數的表格。其中兩個表格用於切貝雪夫響應∶一個用於0.1dB最大通帶紋波；另一個用於1dB最大通帶紋波。
濾波器的階數
濾波器的階數是指在濾波器的傳遞函數中有幾個極點.階數同時也決定了轉折區的下降速度，一般每增加一階(一個極點)，就會增加一20dBDec(一20dB每十倍頻程)。
濾波器設計
濾波器特性可以用其頻率響應來描述，按其特性的不同，可以分為低通濾波器，高通濾波器，帶通濾波器和帶阻濾波器等。
用來說明濾波器性能的技術指標主要有：
中心頻率f0，即工作頻帶的中心
頻寬BW
通帶衰減，即通帶內的最大衰減
阻帶衰減
對於實際濾波器而言，考慮到實際的組成元件的品質因數的取值是一有限值（因為受限於材料與工藝的水平），所以所有工程上的實用濾波器都是有損濾波器，因此對於這些濾波器還應考慮通帶內的最小插入衰減。
現代濾波器設計，多是採用濾波器變換的方法加以實現。主要是通過對低通原型濾波器進行頻率變換與阻抗變換，來得到新的目標濾波器。
濾波器選取
集總低通原型濾波器是現代網路綜合法設計濾波器的基礎，各種低通、高通、帶通、帶阻濾波器大都是根據此特性推導出來的。正因如此，才使得濾波器的設計得以簡化，精度得以提高。
理想的低通濾波器應該能使所有低於截止頻率的信號無損通過，而所有高於截止頻率的信號都應該被無限的衰減，從而在幅頻特性曲線上呈現矩形，故而也稱為矩形濾波器（brick-wallfilter）。遺憾的是，如此理想的特性是無法實現的，所有的設計只不過是力圖逼近矩形濾波器的特性而已。根據所選的逼近函數的不同，可以得到不同的響應。雖然逼近函數函數多種多樣，但是考慮到實際電路的使用需求，我們通常會選用「巴特沃斯響應」或「切比雪夫響應」。
「巴特沃斯響應」帶通濾波器具有平坦的響應特性，而「切比雪夫響應」帶通濾波器卻具有更陡的衰減特性。所以具體選用何種特性，需要根據電路或系統的具體要求而定。但是，「切比雪夫響應」濾波器對於元件的變化最不敏感，而且兼具良好的選擇性與很好的駐波特性（位於通帶的中部），所以在一般的應用中，推薦使用「切比雪夫響應」濾波器。
濾波器的分類
1、按所處理的信號
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
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
按所採用的元器件分為無源和有源濾波器兩種。
3.1、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。
3.2、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、不需要磁屏蔽(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。
4、根據濾波器的安放位置
根據濾波器的安放位置不同，一般分為板上濾波器和面板濾波器。
4.1、板上濾波器安裝在線路板上，如PLB、JLB系列濾波器。這種濾波器的優點是經濟，缺點是高頻濾波效果欠佳。其主要原因是：
4.1.1、濾波器的輸入與輸出之間沒有隔離，容易發生耦合；
4.1.2、濾波器的接地阻抗不是很低，削弱了高頻旁路效果；
4.1.3、濾波器與機箱之間的一段連線會產生兩種不良作用： 一個是機箱內部空間的電磁干擾會直接感應到這段線上，沿著電纜傳出機箱，藉助電纜輻射，使濾波器失效；另一個是外界干擾在被板上濾波器濾波之前，藉助這段線產生輻射，或直接與線路板上的電路發生耦合，造成敏感度問題；
4.2、濾波陣列板、濾波連接器等面板濾波器一般都直接安裝在屏蔽機箱的金屬面板上。由於直接安裝在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間完全隔離，接地良好，電纜上的干擾在機箱埠上被濾除，因此濾波效果相當理想。缺點是必須在設計初期考慮安裝所需的配合結構。
數字濾波器
與模擬濾波器相對應，在離散系統中廣泛應用數字濾波器。它的作用是利用離散時間系統的特性對輸入信號波形或頻率進行加工處理。或者說，把輸入信號變成一定的輸出信號，從而達到改變信號頻譜的目的。數字濾波器一般可以用兩種方法來實現：一種方法是用數字硬體裝配成一台專門的設備，這種設備稱為數字信號處理機；另一種方法就是直接利用通用計算機，將所需要的運算編成程序讓通用計算機來完成，即利用計算機軟體來實現。
低通濾波器
(low-passfilter) 低通濾波器是容許低於截至頻率的信號通過， 但高於截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。 對於不同濾波器而言，每個頻率的信號的減弱程度不同。當使用在音頻應用時，它有時被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。 低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音頻設備中使用的hiss 濾波器、平滑數據的數字演算法、音障（acoustic barriers）、圖像模糊處理等等，這兩個工具都通過剔除短期波動、保留長期發展趨勢提供了信號的平滑形式。 低通濾波器在信號處理中的作用等同於其它領域如金融領域中移動平均數（moving average)所起的作用； 低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器。
模擬濾波器
模擬濾波器在測試系統或專用儀器儀錶中是一種常用的變換裝置。例如：帶通濾波器用作頻譜分析儀中的選頻裝置；低通濾波器用作數字信號分析系統中的抗頻混濾波；高通濾波器被用於聲發射檢測儀中剔除低頻干擾噪聲；帶阻濾波器用作電渦流測振儀中的陷波器，等等。
用於頻譜分析裝置中的帶通濾波器，可根據中心頻率與頻寬之問的數值關係，分為兩種：
一種是頻寬B不隨中心頻率人而變化，稱為恆頻寬帶通濾波器，其中心頻率處在任何頻段上時，頻寬都相同；
另一種是頻寬B與中心頻率人的比值是不變的，稱為恆頻寬比帶通濾波器，其中心頻率越高，頻寬也越寬。
聲表面波濾波器
聲表面波是指聲波在彈性體表面的傳播，這個波被稱為彈性聲表面波。聲表面波的傳播速度比電磁波的速度約小10萬倍。聲表面波濾波器是採用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料，利用其壓電效應和聲表面波傳播的物理特性而製成的一種濾波專用器件，廣泛應用於電視機及錄像機中頻電路中，以取代LC中頻濾波器，使圖像、聲音的質量大大提高。
SAW 聲表濾波器、聲表諧振器，是在壓電基片材料表面產生並傳播、且其振幅隨深入基片本材料的深度增加而迅速減少的的彈性波。聲表面波(SAW)是傳播於壓電晶體表面的機械波，其聲速僅為電磁波速的十萬分，傳播衰耗很小。
SAW 聲表器件是在壓電基片上採用微電子工藝技術製作叉指形電聲換能器和反射器耦合器等，利用基片材料的壓電效應，通過輸入叉指換能器(IDT)將電信號轉換成聲信號，並局限在基片表面傳播，輸出IDT將聲信號恢復成電信號，實現電-聲-電的變換過程，完成電信號處理過程，獲得各種用途的電子器件。採用了先進微電子加工技術製造的聲表面波器件，具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設計靈活等優點。
介質濾波器
介質濾波器利用介質陶瓷材料的低損耗、高介電常數、頻率溫度係數和熱膨脹係數小、可承受高功率等特點設計製作的，由數個長型諧振器縱向多級串聯或並聯的梯形線路構成。其特點是插入損耗小、耐功率性好、頻寬窄，特別適合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，便攜電話、汽車電話、無線耳機、無線麥克風、無線電台、無繩電話以及一體化收發雙工器等的級向耦合濾波。
濾波器安裝注意事項
板上濾波器雖然對高頻的濾波效果不理想，但是如果應用得當，可以滿足大部分民用產品電磁兼容的要求。在使用時要注意以下事項：
1、「乾淨地」
如果決定使用板上濾波器，在布線時就要注意在電纜埠處留出一塊「乾淨地」，濾波器和連接器都安裝在「乾淨地」上。通過前面的討論，可知信號地線上的干擾是十分嚴重的。如果直接將電纜的濾波電容連接到這種地線上，會造成嚴重的共模輻射問題。為了取得較好的濾波效果，必須準備一塊乾淨地。並與信號地只能在一點連接起來，這個流通點稱為「橋」，所有信號線都從橋上通過，以減小信號環路面積。
2、濾波器要並排設置
同一組電纜內的所有導線的未濾波部分在—起，已濾波部分在一起。否則，一根導線的耒濾波部分會將另一根導線的已濾波部分重新污染9使電纜整體濾波失效。
3、濾波器要盡量靠近電纜的埠
波器與面板之間的導線的距離應盡量短。必要時，使用金屬板遮擋一下，隔離近場干擾。
4、濾波器與機箱的搭接
安裝濾波器的干諍地要與金屬機箱可靠地搭接起來，如果機箱不是金屬的，就在線路板下方設置一塊較大的金屬板來作為濾波地。乾淨地與金屬機箱之間的搭接要保證很低的射頻阻抗。如有必要，可以使用電磁密封襯墊搭接，增加搭接面積，減小射頻阻抗。
5、濾波器接地線要短
考慮到引腳的電感效應，其重要性前面已討淪，濾波器的局部布線和設計線路板與機箱（金屬板）的連接結構時要特別注意。
6、濾波線與未濾波線分組
在埠濾波的電纜和不濾波的電纜應盡量遠離，防止發生上述的耦合問題。
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