【转】滤波器知识

azhiking

【转】滤波器知识 [复制链接]

滤波器包含低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。这些滤波器的幅度频率响应都是不平坦的。
　　比如，低通滤波器会衰减高频信号。低通滤波器有一个截止频率，这个频率是滤波器允许通过的信号的分界线，低于截止频率的信号成分可以基本不受影响的通过，而高于截止频率的信号被衰减而不能顺利通过。正因为这种滤波器能过通过低频信号，所以被称为低通滤波器。
　　和低通滤波器类似：高通滤波器允许通过频率超过截止频率的信号，而低于截止频率的信号被衰减；带通滤波器有两个截止频率，两个截止频率之间的信号被允许通过，两个截止频率之外的信号被衰减；带阻滤波器也有两个截止频率，和带通滤波器相反，被衰减的是两个截止频率之间的信号，两个截止频率之外的信号可以通过。
全通滤波器具有平坦的频率响应，也就是说全通滤波器并不衰减任何频率的信号。由此可见，全通滤波器虽然也叫做滤波器，但它并不具有通常所说的滤波作用，大概正是因为这个缘故，有些教科书上宁愿用全通网络这个词，而不叫它全通滤波器。
　　全通滤波器虽然并不改变输入信号的频率特性，但它会改变输入信号的相位。利用这个特性，全通滤波器可以用做延时器、延迟均衡等。实际上，常规的滤波器（包括低通滤波器等）也能改变输入信号的相位，但幅频特性和相频特性很难兼顾，使两者同时满足要求。全通滤波器和其他滤波器组合起来使用，能够很方便的解决这个问题。
　　在通讯系统中，尤其是数字通讯领域，延迟均衡是非常重要的。不夸张的说，没有延迟均衡器，就没有现在广泛使用的宽带数字网络。延时均衡是全通滤波器最主要的用途，全世界所有生产出来的全通滤波器，估计有超过90%的全通滤波器被用于相位校正，因此全攻滤波器也被（不准确的）被称为延迟均衡器。
　　全通滤波器也有其他很多用途。
　　比如：单边带通讯中，可以利用全通滤波器得到两路正交的音频信号，这两路音频信号分别对两路正交的载波信号进行载波抑制调制，然后叠加就能得到所需要的无载波的单边带调制信号。
例如：现在有一个包含2倍工频的直流信号，现在想保持信号的幅值都不发生变化，只要求倍频信号分量移相90°，这时我们就可以利用全通滤波器来进行处理，其传递函数为H(s)=-(s-2*pi*f)/(s+2*pi*f),其相频响应为phi=2*arctg(-w/(2*pi*f)),可见，直流分量的相位没有发生改变，而倍频分量滞后了90°具体应用可以参见《直驱型永磁风力发电系统的电网同步化方法研究》一文。

azhiking

从电气工程上,所有的元件可以归纳为三类最基本的元件,即电阻,电感和电容.电阻的阻值与交流电的频率无关.电感的阻值(称为感抗)Xl=2πfL,即与交流电的频率成正比.频率越高,感抗越大.电容元件则与电感元件相反,它的容抗Xc=1/2πfC,即与交流电频率反比.
因此,电气工程上,常利用LC元件对不同频率交流电量的电抗不同,对交流电量进行分流,称为滤波.
按不同功能,滤波器通常分三类:低通,高通,带通.它们在电气电路及电子电路中都有着广泛的应用.最简单和最典型的一个例子就是我们常用的直流稳压电源中,整流电路后面接入的电容,就是为了减小交流脉动而设置的.它是一个低通滤波器.上面学习的整流电路,它们的输出电压都含有较大的脉动成分,只在一些特殊的场合使用,一般的直流电路都需要较理想的一条直线似的的直流电压,这就要平滑脉动的电压使其达到,这种措施就是滤波.
滤波器一般由电感或电容以及电阻等元件组成.
电容滤波，简单的说，滤波是利用电容对特定频率的等效容抗小，近似短路来实现的（与谐振无关）。
容抗Xc=1/(ωC)=1/(2πfC)，滤高频用0.1uF陶瓷电容---它对1MHz信号的等效容抗只有1.6欧姆，而对50Hz的工频信号等效容抗有近似32千欧，所以只能滤高频；而要滤工频，2000uF电容的等效容抗才能与0.1uF对1MHz信号的等效容抗相当。利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲的电压的目的.
在正半周D导通时分两个电流:一是电流IL向负载供电,二是IC向电容充电;如忽略D的压降则在电容上的电压等于U2,当U2达到最大的峰值后开始下降, 此时电容C上的电压UC也将由于放电而逐渐下降,当U2UC时二极管再导通,再次循环下去.
但半波整流滤波的输出的电压还是带有锯齿装的成分现在多用桥式整流滤波电路;原理同上.
根据上面的分析可知,采用电容滤波后,有如下特点:
1、负载电压中的脉动的成分降低了许多；
2、负载电压的平均值有所提高。在RL一定时滤波电容越大，UL越大。设计时可估算：
UL=1---1.1U2(半波);UL=1.2U2(全波桥式整流)
滤波电容的确定: RL*C>=(3--5)T(半波整流时);RL*C>=(3--5)T/2(全波桥式整流时);T为交流电的周期.
(220交流电的频率为50HZ;即T=1/50)
教您如何来正确的选择滤波电容滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。 50Hz工频电路中使用的普通电解电容器，其脉动电压频率仅为100Hz，充放电时间是毫秒数量级。为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万μF，因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数十kHz，甚至是数十MHz，这时电容量并不是其主要指标，衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性，要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。普通的低频电解电容器在10kHz左右便开始呈现感性，无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子，正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入，经过电容内部，再从另一个正端流向负载；从负载返回的电流也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。由于四端电容具有良好的高频特性，为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式，即将铝箔分成较短的若干段，用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。并且采用低电阻率的材料作为引出端子，提高了电容器承受大电流的能力。

电感滤波电路
电感方向性：无方向
基本作用：滤波、振荡、延迟、陷波等,形象说法：“通直流，阻交流” 细化解说：在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。由感抗XL=2πfL 知,电感L越大，频率f越高，感抗就越大。该电感器两端电压的大小与电感L成正比，还与电流变化速度△i/△t成正比，这关系也可用下式表示： ,即U=LdI/dt只要电感L足够大，即使整流输出电压低到为0，电感中仍有正向电流，并使负载上保持一定的正向电压。电感线圈也是一个储能元件，它以磁的形式储存电能，储存的电能大小可用下式表示：WL=1/2 Li2 。可见，线圈电感量越大，流过越大，储存的电能也就越多。
检查电感好坏方法：用电感测量仪测量其电感量；用万用表测量其通断，理想的电感电阻很小，近乎为零。

二电感运用场合

在大电流的情况下，由于负载电阻RL很小。若采用电容滤波电路，则电容容量势必很大，而且整流二极管的冲击电流也非常大，在此情况下应采用电感滤波。
如下图所示，由于电感线圈的电感量要足够大，所以一般需要采用有铁心的线圈。

三工作原理

当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化。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，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。

在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。只有在RL>>ωL时才能获得较好的滤波效果。L愈大，滤波效果愈好。

另外，由于滤波电感电动势的作用，可以使二极管的导通角接近π，减小了二极管的冲击电流，平滑了流过二极管的电流，从而延长了整流二极管的寿命。
　 带电感滤波的全波整流电路如图Z0713 所示。滤波元件L串在整流输出与负载RL 之间（电感滤波一般不与半波整流搭配）。其滤波原理可用电磁感应原理来解释。当电感中通过交变电流时，电感两端便产生出一反电势阻碍电流的变化：当电流增大时，反电势会阻碍电流的增大，并将一部分能量以磁场能量储存起来；当电流减小时，反电势会阻碍电流的减小，电感释放出储存的能量。这就大大减小了输出电流的变化，使其变得平滑，达到了滤波目的。当忽略L的直流电阻时，RL上的直流电压UL与不加滤波时负载上的电压相同，即UL =0.9U2 　GS0718

吴鉴鹰.

分享我就支持！！！