大佬講解濾波器原理(十二)，帶通濾波器原理+數(shù)字濾波器原理

對(duì)于濾波器原理，小編曾帶來諸多相關(guān)內(nèi)容，如腔體濾波器原理、lc濾波器原理以及實(shí)時(shí)濾波器原理等。本文中，小編將為大家講解帶通濾波器原理、數(shù)字濾波器原理以及兩類濾波器相關(guān)內(nèi)容，一起來了解下吧。

一、帶通濾波器

帶通濾波器(band-pass filter)是一個(gè)允許特定頻段的波通過同時(shí)屏蔽其他頻段的設(shè)備。比如RLC振蕩回路就是一個(gè)模擬帶通濾波器。

帶通濾波器是指能通過某一頻率范圍內(nèi)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(duì)。一個(gè)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(chǎn)生。

1.工作原理

一個(gè)理想的帶通濾波器應(yīng)該有一個(gè)完全平坦的通帶，在通帶內(nèi)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(zhuǎn)換在極小的頻率范圍完成。

實(shí)際上，并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠?qū)⑵谕l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(gè)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(xiàn)象，并且使用每十倍頻的衰減幅度的dB數(shù)來表示。通常，濾波器的設(shè)計(jì)盡量保證滾降范圍越窄越好，這樣濾波器的性能就與設(shè)計(jì)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(xiàn)“波紋”。這種現(xiàn)象在通帶的邊緣處尤其明顯，這種效應(yīng)稱為吉布斯現(xiàn)象。

除了電子學(xué)和信號(hào)處理領(lǐng)域之外，帶通濾波器應(yīng)用的一個(gè)例子是在大氣科學(xué)領(lǐng)域，很常見的例子是使用帶通濾波器過濾最近3到10天時(shí)間范圍內(nèi)的天氣數(shù)據(jù)，這樣在數(shù)據(jù)域中就只保留了作為擾動(dòng)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。

2.典型應(yīng)用

許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器，以選出各個(gè)不同頻段的信號(hào)，在顯示上利用發(fā)光二極管點(diǎn)亮的多少來指示出信號(hào)幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率 ，在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1，品質(zhì)因數(shù) ，3dB帶寬B=1/(п*R3*C)也可根據(jù)設(shè)計(jì)確定的Q、fo、Ao值，去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/(2пfoAoC)，R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC)，R3=2Q/(2пfoC)。上式中，當(dāng)fo=1KHz時(shí)，C取0.01Uf。此電路亦可用于一般的選頻放大。 有源帶通濾波器電路

此電路亦可使用單電源，只需將運(yùn)放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻R2下端接到運(yùn)放正輸入端既可。

3.帶通濾波器原理圖

帶通濾波器原理圖該電路中事先確定R1的值，其大小與信號(hào)源內(nèi)阻r1相近/參數(shù)選取原理是R4=R3，C1約等于C2，Q小于等于R1，500K》R》1K，0.5uF》C》200pF.

帶通濾波器原理圖

該電路中事先確定R1的值，其大小與信號(hào)源內(nèi)阻r1相近/參數(shù)選取原理是R4=R3，C1約等于C2，Q小于等于R1，500K》R》1K，0.5uF》C》200pF.

二、數(shù)字濾波器+數(shù)字濾波器原理

在信號(hào)處理領(lǐng)域中，對(duì)于信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性、快速性的要求越來越高。而在許多信息處理過程中，如對(duì)信號(hào)的過濾、檢測(cè)、預(yù)測(cè)等，都要廣泛地用到濾波器。其中數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、設(shè)計(jì)靈活、實(shí)現(xiàn)方便等許多突出的優(yōu)點(diǎn)，避免了模擬濾波器所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題，因而隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)濾波器的功能越來越受到人們的注意和廣泛的應(yīng)用。其中有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器能在設(shè)計(jì)任意幅頻特性的同時(shí)保證嚴(yán)格的線性相位特性，在語音、數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用非常廣泛。多相(Poly phase)數(shù)字濾波器是信號(hào)輸入輸出速率可變的一種濾波器，它廣泛應(yīng)用于TV-Scaler,專業(yè)的音響系統(tǒng)，時(shí)分復(fù)用，頻分復(fù)用系統(tǒng)以及語音處理的子帶編碼中.

基本原理

導(dǎo)入數(shù)字濾波器的信號(hào)處理過程示于圖。其中模擬信號(hào)(連續(xù)信號(hào))

必須利用采樣定理(sampling theorem)進(jìn)行采樣。輸入信號(hào)經(jīng)過模擬低通濾波即抗折疊濾波器(anTI-aliasing filter)去掉輸入信號(hào)中的高頻分量。經(jīng)過平滑化的模擬信號(hào)再用于采樣。另外D-A轉(zhuǎn)換后模擬信號(hào)要經(jīng)過平滑濾波器(smoothing filter)進(jìn)行平滑處理，該工作可用模擬低通濾波器來完成。

另外，數(shù)字通信中使用的數(shù)字均衡器(digital equalizer)也可以視作一種數(shù)字濾波器，但是用數(shù)字均衡器直接進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理時(shí)，就不再需要圖中的A-D轉(zhuǎn)換器和D-A轉(zhuǎn)換器。

所謂數(shù)字濾波器，就是把輸入序列通過一定的運(yùn)算變換成輸出序列。如上圖所示。其時(shí)域輸入輸出關(guān)系是

若x(n) ,y (n)的傅里葉變換存在，則輸入輸出的頻域關(guān)系是

假定|X(ejw)|，|H(ejw)|如圖中(a)，(b)所示，則由式得|Y(ejw)|如圖(c)所示。

這樣，x(n)通過系統(tǒng)h(n)的結(jié)果是使得輸出y(n)中不再含有|w|>wc的頻率部分，而使|w|<wc的成分不失真的通過。

以上便是小編今天想和大家分享的內(nèi)容，希望本文內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助。