有源低通滤波器 lpf工作原理与作用详解

滤波器在应用电路中非常常见。滤波器是可以通过有用的频率信号，同时抑制无用的频率信号的电子设备。它们通常用于信号处理、数据传输和干扰抑制。简单来说，它相当于一个过滤器，把你不需要的过滤掉，留下对你有用的。

随着集成运算放大器的广泛应用，有源滤波器得到了广泛的应用。有源滤波器实际上是一个具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C等无源元件而形成的。一般有源滤波器分为：(按通带分类)低通滤波器(LPF)；高通滤波器(HPF)；带通滤波器(BPF)；带阻滤波器(BEF)，我们主要讨论低通滤波器。

其中，有源低通滤波电路由集成运算放大器和无源元件电阻电容组成。它的作用是允许从零到某一截止频率的信号无衰减地通过，并抑制其他频率的信号。有源低通滤波电路可以用来滤除高频干扰信号。如下图所示，有源低通滤波电路实际上可以通过某个临界频率点以下的一切，而临界频率点以上的则被滤除。

1.有源低通滤波器(lpf)的工作原理和功能——滤波器按元件分类。滤波器可分为有源滤波器、无源滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、锁相环滤波器、开关电容滤波器等。

根据信号处理的方式，滤波器可以分为模拟滤波器和数字滤波器。

根据通带分类，滤波器可分为：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。

此外，还有一些特殊的滤波器，如满足一定频响特性和相移特性的滤波器，例如，线性相移滤波器、时延滤波器、音频中的分支网络滤波器、电视中的中间声波滤波器等。

同时，有源滤波器还可以分为许多种子类。

根据通带分类，有源滤波器可分为：低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(BEF)等。

根据带通滤波的特点，有源滤波器可分为：最大平坦度(巴特沃兹型)滤波器、等纹波(切比雪夫型)滤波器、线性相移(贝塞尔型)滤波器等。

根据运算放大器电路的组成，有源滤波器可分为无限增益单反馈环路滤波器、无限增益多反馈环路滤波器、压控电源滤波器、负阻转换滤波器、回转器滤波器等。

本文主要对有源低通滤波器进行了详细的阐述。

二。有源低通滤波器(lpf)的工作原理有源滤波器利用电流互感器采集DC线上的电流，采样后得到的电流信号经过谐波分离算法处理，得到谐波参考信号，作为调制信号，与三角波比较，得到开关信号，用来控制单相桥。根据该技术原理，上下桥臂的开关信号反接，可以得到与在线谐波信号大小相同、方向相反的谐波电流。这是前馈控制部分。然后，有源滤波器接入点后的在线电流的谐波分量被反馈作为调节器的输入，以调节前馈控制的误差。

总的来说就是利用电容以高频阻隔低频，电感以低频阻隔高频的原理。对于需要截止的高频，用电容吸收电感阻隔，对于需要的低频，用电容高阻值，电感低阻值的特性使其通过。

理想的滤波器应该在所需频率(通带)内具有均匀稳定的增益，在通带外具有无限衰减。但实际滤波器与此不同，所以人们用各种函数来近似理想滤波器的频率特性。

3.有源低通滤波器(lpf)有源滤波器是一种频率选择器件，它可以让信号中的某些频率成分通过，而大大衰减其他频率成分。利用滤波器的这种频率选择功能，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

1.分离有用信号和噪声，提高信号的抗干扰性和信噪比；

2.滤除不感兴趣的频率成分，提高分析精度；

3.从复杂的频率成分中分离出单一的频率成分。

比如下图所示的有源低通滤波器，其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，滤除无用的高频信号。

四。有源低通滤波器(lpf)的工作原理和作用——低通滤波器和高通滤波器的主要区别低通滤波器有很多种，其中最常见的是巴特沃兹滤波器和切比雪夫滤波器。低通滤波器是一种电子滤波器件，允许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过。

低通滤波是一种滤波方法。规则是低频信号可以正常通过，超过设定临界值的高频信号被阻挡和削弱。但阻断和减弱的幅度会根据不同的频率和不同的滤波程序(目的)而变化。有时也被称为高截止滤波器或高音截止滤波器。低通滤波与高通滤波相反。

低通滤波可以简单的认为是：设置一个频点，当信号频率高于这个频率时，就不能通过。在数字信号中，这个频率点就是截止频率，当频域高于这个截止频率时，所有值都被赋值为0。在这个过程中，低频信号全部通过，所以称为低通滤波。

“低”和“高”3354的含义，例如截止频率3354，取决于滤波器的特性。(术语“低通滤波器”仅指滤波器响应的形状。高通滤波器可以被设计成比任何低通滤波器具有更低的截止频率。不同的频率响应是区分它们的基础。电子滤波器可以设计在从——到微波频率(超过1000 MHz)甚至更高的任何所需频率范围内。

高低通滤波器由分母的阶数决定。

当转换函数的分母阶数高于分子阶数时，为低通滤波器，差值越大，滤波效果越好。当转换函数的分母阶数小于或等于分子阶数时，为高通滤波器。

滤波电路常用于滤除整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如并联在负载电阻两端的电容C或与负载串联的电感L，以及由电容和电感组成的各种复合滤波电路。最简单的滤波电路如下：

动词（verb的缩写）有源低通滤波器(lpf)的工作原理及作用——简单滤波电路当流经电感的电流发生变化时，电感线圈中产生的感应电动势会阻止电流发生变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止了电流的增大，同时一部分电能转化为磁场能量储存在电感中；当通过电感线圈的电流减小时，自感应电动势与电流同向，阻止电流减小，释放储存的能量补偿电流减小。

因此，电感滤波后，不仅负载电流和电压的脉动减小，而且波形变得平滑，整流二极管的导通角增大。

在线圈电感不变的情况下，负载电阻越小，输出电压的交流分量越小。只有使用RLL，才能获得良好的滤波效果。l越大，过滤效果越好。

不及物动词有源低通滤波器(lpf)的工作原理及作用——有源低通滤波器电路案例分析为了获得良好的滤波特性，一般需要较高的阶数。滤波器的设计和计算非常麻烦。必要时可使用工程计算曲线及相关计算机辅助设计软件。滤波器的级数主要根据带外衰减特殊性的要求来确定。在每个低通或高通电路中可获得-6dB每倍频程(-20dB每倍频程)的衰减，在每个二通或高通电路中可获得-12dB每倍频程(-40dB每十倍频程)的衰减。当多级滤波器串联连接时，传递函数的总特性的阶数等于所有级的阶数之和。当要求的带外衰减特性为-mdB每倍频程(或mdB每十倍频程)时，级数n应等于或大于m/6(或等于或大于m/20)。

下面介绍两种常用的有源低通滤波电路。

1.有源低通滤波器技术指标

通带增益：通带内的电压放大。对于LPF，它是信号频率下的电压增益。

时间

一个简单的二阶低通有源滤波器：

该电路由两级无源RC低通滤波器和运算放大器组成。

滤波效果由次级无源RC网络决定，运算放大器提供增益，提高负载能力。

优点：负载不直接与RC网络相连，而是通过高输入电阻低输出电阻的运算放大器，RC网络的滤波性能不受负载的影响。除滤波功能外，该电路还具有放大功能。

通带增益的计算：当f=0时，C1和C2可视为开路，故电路为同相比例放大器，其通带增益为：

要分析其滤波效果，首先要计算电路增益的传递函数。根据电路原理，有：

,

设C1=C2=C，结合上述三个方程，得到电路电压增益的拉普拉斯表示的传递函数如下：

通带截止频率计算：

在上面的公式中，将s替换为make，然后

根据截止频率的定义，当时上式右边分母的模为(上限频率对应的增益下降到中频的0.707倍)。

即：

解决方案：

由上述公式绘制的虚线的幅频特性如图所示：

从波特图可以看出，当二阶低通有源滤波器(LPF)工作时，其特性以-40dB/十倍频程的斜率下降，比一阶的下降速度快。但这还不够，还应该更接近理想。

2.二阶压控电压源LPF

它与普通二阶低通有源滤波器的不同之处在于C1电容不接地，而是连接到电路的输出端。其思路是在f0附近形成一定的正反馈，使该点频率附近的特性达到峰值，以提高滤波效果。

(1)通带增益

根据定义，它是的电压增益。

传递函数：

1节点方程：

联立求解后的传递函数：

等式表明通带增益应小于3，否则系统会不稳定。

(3)频率特性

在上式中，将s替换为，并使之。

这个公式与前面的二阶低通滤波器的频率特性进行了比较，只是分母的虚部系数不同。因此，当f 《fo和f》“fo”时，两个公式近似相等，只有在FO附近出现峰值。当f=fo时，增益的复数表达式为：

它的模式是

电路的品质因数，模式与通带的增益比，所以有。

与表达式Q联系起来后，有。

由此得出的幅频特性为：

从波特图可以看出，它的滤波特性比普通的要好。