无源带通RC滤波器

在之前的教程中,我们已经看到了低亚博手机网通滤波器和高通滤波器。亚博彩票下载在本教程中,我们将学习另一类滤波器,即带通滤波器。亚博彩票下载特别是,我们将学习无源带通RC滤波器的基本电路、功能、频率亚博彩票下载响应、应用等。

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介绍

我们可以说带通滤波器是低通滤波器和高通滤波器的组合。过滤器本身的名称表示它仅允许某个频带频段并阻止所有剩余频率。

在音频应用中,有时需要只通过一定的频率范围,这个频率范围不以0Hz开始,也不以非常高的频率结束,但这些频率在一定范围内,或宽或窄。这些频带的频率通常称为带宽。

:带通滤波器的框图

被动带通滤波器

带通滤波器由无源低通滤波器和无源高通滤波器串联而成。这种安排将提供一个只通过某些频率的选择性滤波器。这种新的RC滤波电路既可以通过窄幅频率,也可以通过宽幅频率。

这一通道范围的频率是窄或宽范围将取决于无源低通和高通滤波器级联的方式。上、下截止频率取决于滤波器的设计。这个带通滤波器看起来就像一个频率选择滤波器。

被动带传递RC滤波器图像1

上图显示了带通滤波器电路。给出的输入是正弦信号。低通和高通组合的性质给我们带通滤波器。通过在串联中布置一组RC元素和并行中的另一组RC元素电路表现得像带通滤波器一样。

这为我们提供了第二次汇接器,因为电路有两个无功组件。一个电容属于低通滤波器,另一个电容属于高通滤波器。没有输入信号的任何变化,该频带通过滤波器将通过一定范围的频率。该过滤器不会在信号中产生任何额外的噪声。

电路的截止频率可以计算如下:

FC= 1 /(2πrc)

通过调节高通和低通滤波器的截止频率,我们可以获得带通滤波器的通频带的适当宽度。

由于该过滤器通过频带,因此该滤波器包含两个切断频率,较低截止频率的F.l'和更高的截止频率' fH'。因此,通过滤光器的频率的范围称为滤波器的带宽。通常,电路的带宽可以通过频率的f计算H和F.l”。

BW = F.H- Fl

在那里,fH'是高通滤波器的截止频率和'fl’为低通滤波器的截止频率。“BW”是滤波器的带宽。带通滤波器将通过高于高通滤波器截止频率和低于低通滤波器截止频率的频率。

这说明低通滤波器的截止频率必须高于高通滤波器的截止频率。

带通滤波器采用R、L、C元件

使用电感、电容、电阻设计的带通滤波器电路如下所示。

图:使用R,L和C组件的带通滤波器电路

带通滤波器的中心频率也称为“共振峰”,可以用下面的公式来表示。

FC= 1 /2πά(LC)

式中L =电感器的电感量,其单位为Henry (H)。

C =以法拉为单位的电容器的电容(F)。

我们也可以设计带有电感的带通滤波器,但我们知道,由于电容的高抗,RC元件的带通滤波器设计比RL电路更有优势。

带通滤波器的频率响应

图:频率响应

极点频率近似等于最大增益的频率。

带通滤波器的频率响应曲线如下所示:由于电路的输入电抗,带通滤波器的理想特性和实际特性是不同的。

:带通滤波器的频率响应

输入信号的增益可以通过取20log (V)来计算/ V.).根据电路的固有特性,这个范围可以很大。信号在低频衰减,输出以每十年+20分贝或每倍频增加6分贝的斜率递增,直到频率达到更低的截止频率' fL '。

在此频率下,信号增益达到值1/√2 = 70.7%。

截止频率后Fl输出将随着频率的增加而增加,频率为-20 dB,每十年的速率,并且达到最大增益,并且该增益达到恒定,直到它达到更高的切断频率'f_h'。在较高的截止频率之后,输出在-20dB /十年或-6db / octave的斜率下减小。

之前我们已经看到,一阶滤波器的相移是90°。我们知道带通滤波器是二阶滤波器所以相移是一阶滤波器的两倍即180°。相位角随频率的增加而变化。在中心频率时,输出和输入信号彼此是同步的。

谐振频率以下输出信号超前于输入信号,谐振频率以上输出信号滞后于输入信号。输入信号的幅值总是大于输出信号。为了增加电路的增益,电阻R1的值必须大于电阻R2。

带通滤波器中心频率

通过计算较低和上截止频率的几何平均值,可以获得输出增益最大值的“中心频率”或“谐振频率”。

FR.2= fHX F.l

fr =√(fHX F.l

其中fr是谐振频率或中心频率

FH- 是高-3 dB截止频率

Fl-是较低的- 3db截止频率

带通滤波器示例

让我们假设带通滤波器将允许频率从1 kHz到30 kHz,它包含10 kΩ电阻。通过考虑这些值,我们可以计算电容器的电容。

我们已经知道低通滤波器的截止频率值一定要高于高通滤波器。所以高通滤波器的截止频率是1 kHz低通滤波器的截止频率是30 kHz。

在高通滤波器阶段

Fl= 1千赫和电阻R = 10 kΩ

C = 1 /(2πFlR)= 1 /(2 *π* 1000 * 1000)= 15.8 NF

在低通滤波器阶段

FH= 30 kHz和电阻R = 10 kΩ

C = 1 /(2πFH(2*π*30000*10000) = 510 pF

根据上述计算,高通滤波器所需的电容值为15.8 nF,低通滤波器电容值为510 pF。

被动带传递滤波器摘要

通过级联低通和高通滤波器获得带通滤波器。它是二阶滤波器,因为它包含两个反应元素。滤波器的顺序取决于在电路中使用的级联电路的数量。

输出信号的增益总是小于输入信号。在中心频率时输出信号同相,但低于中心频率时输出信号超前相位,移相为+90°,高于中心频率时输出信号滞后,移相为-90°。

带通滤波器的实际特性是关于理想特性的比特。该变化主要是由于具有低通滤波器的高通滤波器的级联。

输出增益总是小于Unity。当我们在高通和低通滤波器之间提供电气隔离时,我们可以获得更好的过滤器性能。

带通滤波器将优化接收器的灵敏度。首先将高通滤波器添加到设计中后来添加了低通滤波器。即使如果我们先添加低通滤波器,那么它将永远不会改变输出信号。

过滤器的质量因子将取决于电阻值R1。如果R1低,则质量因数较低,如果R1值高,则质量系数高。

带通滤波器的应用

  • 这些用于发射器和接收器电路的无线通信介质中。在发射器部分中,该滤波器将通过唯一所需的信号并减少与其他站的信号干扰。在接收器部分中,它将有助于来自不希望的信号穿透到通道。
  • 这些用于优化接收器的信噪比。
  • 这些都是用于光通信领域,如激光雷达。
  • 它们被用于一些滤色技术中。
  • 这些也被用于医疗领域的仪器,如脑电图。
  • 在电话应用中,通过DSL来分割电话信号和宽带信号。

2回复

  1. 我想做一个无源带通,通过536到542 MHz,并阻止频率更高/更低。应用是电视天线组合,使一个天线只增加一个频道到整个信号。中心频率为539兆赫。你能帮我识别电阻,电容和如何塑造电感吗?

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