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標題: 元器件科普之帶通濾波器 [打印本頁]

作者: Ameya360 時間: 2018-6-8 14:28
標題: 元器件科普之帶通濾波器

帶通濾波器（band-pass filter）是一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設備。比如RLC振蕩回路就是一個模擬帶通濾波器。是指能通過某一頻率范圍內的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，與帶阻濾波器的概念相對。一個模擬帶通濾波器的例子是電阻-電感-電容電路（RLC circuit）。這些濾波器也可以用低通濾波器同高通濾波器組合來產生。

一個理想的帶通濾波器應該有一個完全平坦的通帶，在通帶內沒有放大或者衰減，并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉，另外，通帶外的轉換在極小的頻率范圍完成。

實際上，并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠將期望頻率范圍外的所有頻率完全衰減掉，尤其是在所要的通帶外還有一個被衰減但是沒有被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現象，并且使用每十倍頻的衰減幅度的dB數來表示。

通常，濾波器的設計盡量保證滾降范圍越窄越好，這樣濾波器的性能就與設計更加接近。然而，隨著滾降范圍越來越小，通帶就變得不再平坦，開始出現“波紋”。這種現象在通帶的邊緣處尤其明顯，這種效應稱為吉布斯現象。

除了電子學和信號處理領域之外，帶通濾波器應用的一個例子是在大氣科學領域，很常見的例子是使用帶通濾波器過濾最近3到10天時間范圍內的天氣數據，這樣在數據域中就只保留了作為擾動的氣旋。

在頻帶較低的剪切頻率f1和較高的剪切頻率f2之間是共振頻率，這里濾波器的增益最大，濾波器的帶寬就是f2和f1之間的差值。

帶通濾波器的頻率詳解

帶通是讓某一個范圍的頻率通過，濾除其余頻率。如高通濾波器+低通濾波器可組成帶通濾波器。它大體分為模擬帶通濾波器和數字帶通濾波器。模擬帶通濾波器一般是用電路元件（如電阻、電容、電感）來構成我們所需要的頻率特性電路。

模擬帶通濾波器的原理是通過對電容、電阻和電感參數的配置，使得模擬濾波器對基波呈現很小的阻抗，而對諧波呈現很大的阻抗，這樣當負載電流信號通過該模擬帶通濾波器的時候就可以把基波信號提取出來。目前，有些有源濾波器利用模擬電路實現帶通濾波器檢測負載電流的基波分量，并且在實際中得到了應用。

但是，模擬帶通濾波器也有一些自身的缺點。這是由于模擬濾波器的中心頻率對電路元件（如電容，電阻，電感）的參數十分敏感，較難設計出合適的參數，而且電路元件的參數會隨外界環境的干擾發生變化，這會導致中心頻率的偏移，影響濾波結果的準確性。

數字帶通濾波器就是用軟件來實現上面的濾波過程，可以很好地克服模擬濾波器的缺點，數字帶通濾波器的參數一旦確定，就不會發生變化，只要電網的波動頻率在我們設計的范圍之內，就可以比較好地提取出基波分量。數字濾波器根據其類型可以分為IR型和FIR型。PIR型只有零點，不容易像IR型那樣取得比較好的通帶與阻帶特性。

所以，在一般的設計中選用IR型。IR型又可以分成Butterworth型濾波器，Chebyshev 型濾波器，Chcbyshev I型濾波器和橢圓型濾波器等。

其實通常我們說的帶通濾波就是要在規定頻率范圍內通過，

1、高通濾波器+低通濾波器=帶通濾波器

2、高阻濾波器+低阻濾波器=帶通濾波器

比如：600H-----5KHZ的帶通濾波器

先做一個600HZ的高通濾波器，再做一個5KHZ的低通濾波器讓通過的頻率在高通濾波器中濾掉600HZ以下的頻率，然后經過低通濾波器濾掉5KHZ以上的頻率剩下的就是600 H----- 5KH Z的頻率的了。高阻濾波器+低阻濾波器=帶通濾波器”的原理同理。

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