構(gòu)建一個(gè)帶通濾波電路

每個(gè)模擬設(shè)計(jì)人員的噩夢(mèng)都是處理電路中的噪聲。當(dāng)涉及到開關(guān)電路或音頻放大器或頻率信號(hào)電路時(shí)，電路很有可能受到噪聲信號(hào)的影響。在許多從電路中去除噪聲的方法中，最常用的一種稱為濾波電路。顧名思義，該電路將從實(shí)際信號(hào)中濾除不需要的信號(hào)(噪聲)。濾波電路有很多種，但最常用和最有效的一種是帶通濾波器，它可以很容易地使用一對(duì)電阻和電容來構(gòu)建。因此，在本教程中，我們將學(xué)習(xí)這個(gè)帶通濾波器，其背后的理論以及如何在實(shí)際電路中使用它。

什么是帶通濾波器?

帶通濾波電路/器件只允許一組預(yù)先定義的頻率通過。它將過濾所有低于設(shè)定值和高于設(shè)定值的頻率。它是高通濾波器和低通濾波器的組合。只允許高于它的頻率的濾波器稱為高通濾波器，只允許低于它的頻率的濾波器稱為低通濾波器。通過級(jí)聯(lián)高通和低通濾波器可以得到帶通濾波器。它在音頻放大電路和無線收發(fā)器中有廣泛的應(yīng)用，揚(yáng)聲器只能播放所需的一組頻率，而忽略其他頻率。

有兩種類型的帶通濾波器。如果電路涉及某種外部電源(有源器件)，如晶體管等，那么該電路被稱為有源帶通濾波器，如果電路不涉及任何有源元件，只包括無源元件，如電阻，電容和電感，那么該電路被稱為無源帶通濾波器。在本文中，我們將更多地討論無源帶通濾波器。除了這種分類之外，本文還將簡要介紹過濾器可以分類的其他方面。

帶通濾波電路

如前所述，我們將討論使用電阻和電容構(gòu)建的無源帶通濾波器。它是高通濾波器和低通濾波器的組合。一個(gè)簡單的無源帶通濾波器的示例電路圖如下所示。

電路的前半部分是一個(gè)高通濾波器，它過濾低頻，只允許高于設(shè)定的高截止頻率(fcHIGH)的頻率。這個(gè)高截止頻率的值可以用公式計(jì)算

電路的后半部分是低通濾波電路，它濾波較高的頻率，只允許低于設(shè)定的低截止頻率(flow)的頻率。低截止頻率的值可以用公式計(jì)算

這種類型的濾波器電路被稱為二階濾波器，因?yàn)樗袃蓚€(gè)電阻和兩個(gè)電容器。帶通濾波器可以是二階濾波器或更高階濾波器，因?yàn)殡娐返恼９ぷ餍枰辽賰蓚€(gè)電阻和電容?，F(xiàn)在，當(dāng)輸入信號(hào)頻率提供給這個(gè)濾波器時(shí)，它輸出的頻率高于flowlow，低于fcHIGH。換句話說，輸出頻率可以由fcHIGH- flow給出，位于該區(qū)域之間的頻率稱為帶寬。因此，濾波器的帶寬可以通過

帶通濾波器的頻率響應(yīng)

頻率響應(yīng)，即二階無源帶通濾波器的波德圖曲線如下所示。

該圖表是根據(jù)輸入頻率(x軸)和輸出分貝(y軸)繪制的。當(dāng)輸入頻率低于較低的截止頻率(f-low)時(shí)，輸出保持小于-3dB，當(dāng)它超過該頻率時(shí)，輸出達(dá)到最大值并保持在那里，直到頻率超過較高的截止頻率(f-high)。輸出增益保持最大的峰值稱為諧振頻率。它只是上截止頻率和下截止頻率的幾何平均值。計(jì)算公式如下所示

低截止頻率和高截止頻率之間的距離稱為帶寬。因此，只有當(dāng)輸入頻率在帶寬限制內(nèi)時(shí)才允許通過。

帶通濾波器的實(shí)際例子

讓我們構(gòu)造一個(gè)簡單的帶通濾波器來過濾出一組特定的頻率，并檢查它是如何工作的。我在本教程中使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)置如下所示

正如您所看到的，高通濾波器是使用電容器0.1uF (C1)和電阻1K (R1)構(gòu)建的。所以這個(gè)電路較高的截止頻率是

低通濾波器使用電容470pF (C2)和電阻87K (R2)構(gòu)建。該電路的下截止頻率可以計(jì)算如下

從上面的計(jì)算中，我們可以推斷電路只允許頻率在1577 Hz到7280 Hz的范圍內(nèi)，任何小于或大于這個(gè)范圍的頻率都將被我們的帶通濾波器濾除。讓我們通過在面包板上構(gòu)建電路來檢查是否同樣有效。我的測(cè)試設(shè)置如下所示

為了測(cè)試該電路，我們需要一個(gè)函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生頻率可控的信號(hào)。因?yàn)槲覜]有，所以我決定用我的手機(jī)，它有一個(gè)android應(yīng)用程序，可以通過我的3.5毫米耳機(jī)孔產(chǎn)生所需的頻率。這個(gè)信號(hào)然后作為輸入頻率給電路使用插孔如上所示。

為了檢查應(yīng)用的依賴性，我使用示波器測(cè)量輸入信號(hào)的頻率，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生頻率有責(zé)任。下圖顯示了我手機(jī)上的應(yīng)用程序，它產(chǎn)生大約4,819 Hz的輸入頻率，連接到它的范圍顯示信號(hào)并測(cè)量4.816 KHz的頻率，這是完美的。

現(xiàn)在，我們可以將示波器連接到電路的輸出信號(hào)上，并改變輸入頻率。該電路將允許在1500到7000之間的所有頻率顯示在示波器上，而其他頻率將被濾除或噪聲。還要記住，這個(gè)電路只是為了理解目的，因此在實(shí)際應(yīng)用之前要進(jìn)行改進(jìn)。此外，由于電路是在面包板上構(gòu)建的，輸出信號(hào)可能會(huì)拾取一些噪聲，將電容器盡可能靠近并減少其引線的長度以減少問題。

本文編譯自circuitdigest