滤波电路基本概念

　　滤波的概念就是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念。电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，叫做滤波电路。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。滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。

　　

　　滤波电路作用

　　滤波电路的基本作用是让某种频率的电流通过或阻止某种频率的电流通过。

　　滤波电路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。

　　滤波电路工作原理

　　整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。

　　

　　脉动系数（S）=输出电压交流分量的基波最大值／输出电压的直流分量

　　半波整流输出电压的脉动系数为S=1．57，全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O．67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后，其脉动系数S=1／（4（RLC／T-1）。（T为整流输出的直流脉动电压的周期。）

最简单的滤波电路图（一）

简单一阶低通有源滤波器

一阶低通滤波器的电路如图13.04所示，其幅频特性见图13.05，图中虚线为理想的情况，实线为实际的情况。特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。

最简单的滤波电路图（二）

简单二阶低通有源滤波器

为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。二阶LPF的电路图如图6所示，幅频特性曲线如图7所示。

与理想的二阶波特图相比，在超过f0以后，幅频特性以-40dB/dec的速率下降，比一阶的下降快。但在通带截止频率fp→f0之间幅频特性下降的还不够快。

最简单的滤波电路图（三）

二阶压控型低通有源滤波器

（1）二阶压控型LPF

二阶压控型低通有源滤波器如图8所示。其中的一个电容器C1原来是接地的，现在改接到输出端。显然，C1的改接不影响通带增益。

（2）二阶压控型LPF的传递函数

（3）频率响应

由传递函数可以写出频率响应的表达式

以上两式表明，当2《Avp《3时，Q》1，在f=f0处的电压增益将大于Avp，幅频特性在f=f0处将抬高，具体请参阅图9。当Avp≥3时，Q=∞，有源滤波器自激。由于将C1接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。

最简单的滤波电路图（四）

二阶反相型低通有源滤波器

二阶反相型LPF如图10所示，它是在反相比例积分器的输入端再加一节RC低通电路而构成。二阶反相型LPF的改进电路如图11所示。

最简单的滤波电路图（五）

有源高通滤波器（HPF）

二阶压控型有源高通滤波器的电路图如13.12图所示。

结论：当f《f0时，幅频特性曲线的斜率为+40dB/dec；当Avp≥3时，电路自激。

最简单的滤波电路图（六）

有源带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）

有源带通滤波器（BPF）电路如图14所示。有源带阻滤波器（BEF）电路如图15所示。

带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组合而成的。要将高通的下限截止频率设置为小于低通的上限截止频率。反之则为带阻滤波器。

最简单的滤波电路图（七）

一阶低通Butterworth滤波电路

下图a和b是用运算放大器设计的两种一阶Butterworth滤波电路的电路。图a是反相输入一阶低通滤波器，实际上就是一个积分电路，其分析方法与一阶积分电路相同。

最简单的滤波电路图（八）

一阶有源低通滤波器升级二阶有源低通滤波器

为改善滤波效果，使f》fo时，信号衰减的更快，一般在图1（a）所示的一阶低通滤波器的基础上再增加一级RC电路就构成二阶有源低通滤波器，如图2所示。

图2（a） 电路图图1（b） 频幅特性