低通滤波器概述

电感阻止高频信号通过而允许低频信号通过，电容的特性却相反。信号能够通过电感的滤波器、或者通过电容连接到地的滤波器对于低频信号的衰减要比高频信号小，称为低通滤波器。

当使用在音频应用时，它有时被称为高频剪切滤波器，或高音消除滤波器。低通滤波器是指车载功放中能够让低频信号通过而不让中、高频信号通过的电路，其作用是滤去音频信号中的中音和高音成分，增强低音成分以驱动扬声器的低音单元。由于车载功放大部分都是全频段功放，通常采用AB类放大设计，功率损耗比较大，所以滤除低频段的信号，只推动中高频扬声器是节省功率、保证音质的最佳选择。

低通滤波器工作原理

低通滤波器原理很简单，它就是利用电容通高频阻低频、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；对于需要放行的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。

低通滤波器概念有许多不同的形式，其中包括电子线路（如音频设备中使用的hiss滤波器）、平滑数据的数字算法、音障（acousTIcbarriers）、图像模糊处理等等，这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。

低通滤波器（LPF）

最简单的低通滤波器由电阻和电容元件构成，见上图（a），实际上这是一个最简单的RC低通电路，一般称为无源低通滤波器。该低通电路的电压放大倍数为

由上图（b）可见，当频率高于fo后，随着频率的升高，电压放大倍数将降低，因此电路具有“低通”的特性。

这种无源RC低通滤波器的主要缺点是电压放大倍数低，由Au的表达式可知，通带电压放大倍数只有l。同时带负载能力差，若在输出端并联一个负载电阻，除了使电压放大倍数降低以外，还将影响通带截止频率fo的值。

利用集成运放与RC低通电路一起，可以组成有源滤波器，以提高通带电压放大倍数和带负载能力。上图（a）示出了一阶低通有源滤波器的电路图。

低通滤波器电路图设计（一）

巴特沃斯滤波器

巴特沃斯滤波器是滤波器的一种设计分类，其采用的是巴特沃斯传递函数，有高通、低通、带通、带阻等多种滤波器类型。巴特沃斯滤波器在通频带内外都有平稳的幅频特性，但有较长的过渡带，在过渡带上很容易造成失真。

四阶巴特沃斯低通滤波器

低通滤波器电路图设计（二）

滤波电路又称为滤波器，是一种选频电路，能够使特定频率范围的信号通过，而使其它频率的信号大大衰减即阻止其通过。按其工作频率范围的不同，滤波电路可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器。仅由电阻、电容、电感这些无源元件组成的滤波电路称为无源滤波器。如果滤波电路中含有有源元件，如集成运放等，则称为有源滤波器。与无源滤波器相比，有源滤波器具有体积小、效率高、带负载能力强、频率特性好，而且在滤波的同时还可以将有用信号放大等一系列优点，因而得到广泛应用。

图1（a）所示电路为一阶有源低通滤波电路。

其幅频特性如图1（b）所示。

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。

低通滤波器电路图设计（三）

三阶RC有源低通滤波器电路图

计算公式为截止频率

F=1/（WR1C1），R1=R4=2R2=2R3，C1=10C

低通滤波器电路图设计（四）

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。

低通滤波器电路图设计（五）

常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。若滤波电路元件仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波（包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等）。若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。

低通滤波可以简单的认为：设定一个频率点，当信号频率高于这个频率时不能通过，在数字信号中，这个频率点也就是截止频率，当频域高于这个截止频率时，则全部赋值为0。因为在这一处理过程中，让低频信号全部通过，所以称为低通滤波。

低通过滤的概念存在于各种不同的领域，诸如电子电路，数据平滑，声学阻挡，图像模糊等领域经常会用到。

低通滤波电路图

上图这是一个有源低通滤波器，主要作用是对音频解码芯片CS4360输出的音频信号进行低通滤波，把无用的高频信号过滤掉。

低通滤波器电路图设计（六）

本设计要求截止频率为2 kHz，根据外接电阻和截止频率的关系得到外接电阻REXT=40 kΩ，将DIV／CLK引脚短接到V+引脚。滤波电路连接如图2所示。

该电路采用单电源供电模式，因此V+引脚接+5 V电源，C11为电源滤波电容，以确保输入电压质量。R9和R12为分压电阻。通过分压得到GND引脚的参考电压为2 V。IN+引脚为信号输入引脚，OUT引脚为电路输出引脚，通过该滤波电路即可输出性能良好的波形。R10设置滤波器的截止频率，本设计要求截止频率为2 kHz，经计算得到R10=40 kΩ，实验中测量了不同频率下LTC1569（＄5.9000）的输入和输出幅值，如表1所示。

由表1可以看出，当输入频率f=100 Hz、f截止=200 Hz时输出信号开始衰减，当f=f截止=2 kHz时，输出信号的幅值为输入信号的0．707倍，符合低通滤波电路的幅频特性，保证了滤波电路的截止频率为2 kHz。