濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。
濾波是信號處理中的一個重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。
經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個工程概念。根據(jù)高等數(shù)學理論，任何一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。
工作原理
當流過電感的電流變化時，電感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢將阻止電流的變化。當通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中;當通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補償電流的減小。因此經(jīng)電感濾波后，不但負載電流及電壓的脈動減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。
在電感線圈不變的情況下，負載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。只有在RL>>ωL時才能獲得較好的濾波效果。L愈大，濾波效果愈好。
另外，由于濾波電感電動勢的作用，可以使二極管的導(dǎo)通角接近π，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過二極管的電流，從而延長了整流二極管的壽命。
電路分類
常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。若濾波電路元件僅由無源元件(電阻、電容、電感)組成，則稱為無源濾波電路。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型、LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。若濾波電路不僅由無源元件，還由有源元件(雙極型管、單極型管、集成運放)組成，則稱為有源濾波電路。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。
無源濾波電路
無源濾波電路的結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計，但它的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負載而變化，因而不適用于信號處理要求高的場合。無源濾波電路通常用在功率電路中，比如直流電源整流后的濾波，或者大電流負載時采用LC(電感、電容)電路濾波。
有源濾波電路
有源濾波電路的負載不影響濾波特性，因此常用于信號處理要求高的場合。有源濾波電路一般由RC網(wǎng)絡(luò)和集成運放組成，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時還可以進行放大。但電路的組成和設(shè)計也較復(fù)雜。有源濾波電路不適用于高電壓大電流的場合，只適用于信號處理。
根據(jù)濾波器的特點可知，它的電壓放大倍數(shù)的幅頻特性可以準確地描述該電路屬于低通、高通、帶通還是帶阻濾波器，因而如果能定性分析出通帶和阻帶在哪一個頻段，就可以確定濾波器的類型。
識別濾波器的方法是：若信號頻率趨于零時有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號頻率趨于無窮大時電壓放大倍數(shù)趨于零，則為低通濾波器;反之，若信號頻率趨于無窮大時有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號頻率趨于零時電壓放大倍數(shù)趨于零，則為高通濾波器;若信號頻率趨于零和無窮大時電壓放大倍數(shù)均趨于零，則為帶通濾波器;反之，若信號頻率趨于零和無窮大時電壓放大倍數(shù)具有相同的確定值，且在某一頻率范圍內(nèi)電壓放大倍數(shù)趨于零，則為帶阻濾波器。
濾波是信號處理里面比較重要的一個環(huán)節(jié)，通常減少直流當中的交流成分并獲得比較平滑的直流電，在整流之后都要經(jīng)過濾波電路，濾波常用的元器件是電容、電阻以及電感，這三個均屬于無源器件，下面介紹無源濾波電路常用的五種電路形式。
濾波器是什么?濾波器，濾波器是對波進行過濾的器件，一般有兩個端口，一個輸入信號、一個輸出信號。可以說它是重要的電子元器件，濾波器把電源功率傳輸?shù)皆O(shè)備上，大大衰減經(jīng)電源傳入的EMI電磁干擾信號，保護設(shè)備免受其害;同時，又能有效地控制設(shè)備本身產(chǎn)生的EMI信號，防止它進入電網(wǎng)，污染電磁環(huán)境，危害其他設(shè)備。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛;在所有的電子部件中，使用最多，技術(shù)最為復(fù)雜的要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。下面賢集網(wǎng)小編來為大家介紹濾波器的作用、分類 、應(yīng)用領(lǐng)域。
濾波器的作用
1、降低產(chǎn)品對電網(wǎng)的騷擾電壓發(fā)射。
2、能提高產(chǎn)品的抗擾度，阻擋電網(wǎng)不干凈電源對設(shè)備的影響。
濾波器分類
1、根據(jù)濾波器的選頻作用分類
⑴低通濾波器
從0～f2頻率之間，幅頻特性平直，它可以使信號中低于f2的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而高于f2的頻率成分受到極大地衰減。
⑵高通濾波器
與低通濾波相反，從頻率f1～∞，其幅頻特性平直。它使信號中高于f1的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而低于f1的頻率成分將受到極大地衰減。
⑶帶通濾波器
它的通頻帶在f1～f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分可以不受衰減地通過，而其它成分受到衰減。
⑷帶阻濾波器
與帶通濾波相反，阻帶在頻率f1～f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過。
2、 根據(jù)“最佳逼近特性”標準分類
⑴ 巴特沃斯濾波器
從幅頻特性提出要求，而不考慮相頻特性。巴特沃斯濾波器具有最大平坦幅度特性，其幅頻響應(yīng)表達式為：
n為濾波器的階數(shù);wc為濾波器的截止角頻率，當w=wc時，|H(wc)|2=1/2,所以，wc對應(yīng)的是濾波器的-3db點。巴特沃思低通濾波器是以巴特沃思函數(shù)作為濾波器的傳遞函數(shù)H(s)，以最高階泰勒級數(shù)的形式逼近濾波器的理想矩形特性。
⑵ 切比雪夫濾波器
切貝雪夫濾波器也是從幅頻特性方面提出逼近要求的，其幅頻響應(yīng)表達式為：
ε是決定通帶波紋大小的波動系數(shù)，0<ε<1，波紋的產(chǎn)生是由于實際濾波網(wǎng)絡(luò)中含有電抗元件;wc 是通帶截止頻率，Tn是n階切貝雪夫多項式。
與巴特沃斯逼近特性相比較，這種特性雖然在通帶內(nèi)有起伏，但對同樣的n值在進入阻帶以后衰減更陡峭，更接近理想情況。ε值越小，通帶起伏越小，截止頻率點衰減的分貝值也越小，但進入阻帶后衰減特性變化緩慢。切貝雪夫濾波器與巴特沃斯濾波器進行比較，切貝雪夫濾波器的通帶有波紋，過渡帶輕陡直，因此，在不允許通帶內(nèi)有紋波的情況下，巴特沃斯型更可取;從相頻響應(yīng)來看，巴特沃斯型要優(yōu)于切貝雪夫型，通過上面二圖比較可以看出，前者的相頻響應(yīng)更接近于直線。
⑶ 貝塞爾濾波器
只滿足相頻特性而不關(guān)心幅頻特性。貝塞爾濾波器又稱最平時延或恒時延濾波器。其相移和頻率成正比，即為一線性關(guān)系。但是由于它的幅頻特性欠佳，而往往限制了它的應(yīng)用。
濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域
一、通信行業(yè)
為了滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)中心機房的運行需要，通信配電系統(tǒng)中的UPS使用容量在大幅上升。據(jù)調(diào)查，通信低壓配電系統(tǒng)主要的諧波源設(shè)備為UPS、開關(guān)電源、變頻空調(diào)等。其產(chǎn)生的諧波含量都較高，且這些諧波源設(shè)備的位移功率因數(shù)極高。通過使用有源濾波器可以提高通信系統(tǒng)及配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長通信設(shè)備及電力設(shè)備的使用壽命，并且使配電系統(tǒng)更符合諧波環(huán)境的設(shè)計規(guī)范。
二、半導(dǎo)體行業(yè)
大多數(shù)半導(dǎo)體行業(yè)的3次諧波非常嚴重，主要是由于企業(yè)中使用了大量的單相整流設(shè)備。3次諧波屬于零序諧波，具備在中性線匯集的特點，導(dǎo)致中性線壓力過大，甚至出現(xiàn)打火現(xiàn)象，存在著極大的生產(chǎn)安全隱患。諧波還會造成斷路器跳閘，耽誤生產(chǎn)時間。3次諧波在變壓器內(nèi)形成環(huán)流，加速了變壓器的老化。嚴重的諧波污染必然對配電系統(tǒng)中的設(shè)備使用效率和壽命造成影響。
三、石化行業(yè)
由于生產(chǎn)的需要，石化行業(yè)中存在著大量泵類負載，并且不少泵類負載都配有變頻器。變頻器的大量應(yīng)用使石化行業(yè)配電系統(tǒng)中的諧波含量大大增加。目前絕大部分變頻器整流環(huán)節(jié)都是應(yīng)用6脈沖將交流轉(zhuǎn)化為直流，因此產(chǎn)生的諧波以5次、7次、11次為主。其主要危害表現(xiàn)為對電力設(shè)備的危害及在計量方面的偏差。使用有源濾波器可以很好地解決這方面的問題。
四、化纖行業(yè)
為大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化質(zhì)量，以及延長爐齡、節(jié)省能源，在化纖行業(yè)常用到電助熔加熱設(shè)備，借助電極把電直接送入燃料加熱的玻璃池窯中。這些設(shè)備會產(chǎn)生大量的諧波，且三相諧波的頻譜和幅值差別比較大。
五、鋼鐵/中頻加熱行業(yè)
鋼鐵業(yè)中常用到的中頻爐、軋機、電弧爐等設(shè)備都會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響，使電容補償柜過載保護動作頻繁、變壓器和供電線路發(fā)熱嚴重、熔斷器頻繁熔斷等，甚至引起電壓跌落、閃變。
六、汽車制造業(yè)
焊機是汽車制造業(yè)中不可少的設(shè)備，由于焊機具有隨機性、快速性及沖擊性的特點，使大量使用焊機造成嚴重的電能質(zhì)量問題，造成焊接質(zhì)量不穩(wěn)、自動化程度高的機器人由于電壓不穩(wěn)而不能工作，無功補償系統(tǒng)無法正常使用等情況。
七、直流電機諧波治理
大型直流電機場所都需要先通過整流設(shè)備將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，由于此類工程的負載容量都較大，因此在交流側(cè)存在嚴重的諧波污染，造成電壓畸變，嚴重時會引起事故。
八、自動化生產(chǎn)線和精密設(shè)備的使用
在自動化生產(chǎn)線和精密設(shè)備場合，諧波會影響到其正常使用，使智能控制系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等出現(xiàn)故障。
九、醫(yī)院系統(tǒng)
醫(yī)院對供電的連續(xù)性和可靠性有非常嚴格的要求，0類場所自動恢復(fù)供電時間T≤15S，1類場所自動恢復(fù)供電時間0.5S≤T≤15S， 2類場所自動恢復(fù)供電時間T≤0.5S，電壓總諧波畸變率THDu≤3%，X光機、CT機、核磁共振都是諧波含量極高的負載。
十、劇場/體育館
可控硅調(diào)光系統(tǒng)、大型LED設(shè)備等都是諧波源，在運行過程中會產(chǎn)生大量的三次諧波，不但造成配電系統(tǒng)的電力設(shè)備效率低下，而且還會造成燈光頻閃，對通信、有線電視等微弱電回路產(chǎn)生雜音，甚至產(chǎn)生故障。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器應(yīng)用也極為廣泛，這里列舉部分應(yīng)用最成功的領(lǐng)域。
十一、語音處理
語音處理是最早應(yīng)用數(shù)字濾波器的領(lǐng)域之一，也是最早推動數(shù)字信號處理理論發(fā)展的領(lǐng)域之一。該領(lǐng)域主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：
1、語音信號分析。即對語音信號的波形特征、統(tǒng)計特性、模型參數(shù)等進行分析計算;
2、語音合成。即利用專用數(shù)字硬件或在通用計算機上運行軟件來產(chǎn)生語音;
3、語音增強。即從噪音或干擾中提取被掩蓋的語音信號。
4、語音編碼。主要用于語音數(shù)據(jù)壓縮，目前已經(jīng)建立了一系列語音編碼的國際標準，大量用于通信和音頻處理。
十二、圖像處理
數(shù)字濾波技術(shù)以成功地應(yīng)用于靜止圖像和活動圖像的恢復(fù)和增強、數(shù)據(jù)壓縮、去噪音和干擾、圖像識別以及層析X射線攝影，還成功地應(yīng)用于雷達、聲納、超聲波和紅外信號的可見圖像成像。在現(xiàn)代通信技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，幾乎沒有一個分支不受到數(shù)字濾波技術(shù)的影響。信源編碼、信道編碼、調(diào)制、多路復(fù)用、數(shù)據(jù)壓縮以及自適應(yīng)信道均衡等，都廣泛地采用數(shù)字濾波器，特別是在數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)通信、圖像通信、多媒體通信等應(yīng)用中，離開了數(shù)字濾波器，幾乎是寸步難行。其中，被認為是通信技術(shù)未來發(fā)展方向的軟件無線電技術(shù)，更是以數(shù)字濾波技術(shù)為基礎(chǔ)。
十三、電視、雷達
數(shù)字電視取代模擬電視已是必然趨勢。高清晰度電視的普及指日可待，與之配套的視頻光盤技術(shù)已形成具有巨大市場的產(chǎn)業(yè);可視電話和會議電視產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代。視頻壓縮和音頻壓縮技術(shù)所取得的成就和標準化工作，促成了電視領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，而數(shù)字濾波器及其相關(guān)技術(shù)是視頻壓縮和音頻壓縮技術(shù)的重要基礎(chǔ)。雷達信號占有的頻帶非常寬，數(shù)據(jù)傳輸速率也非常高，因而壓縮數(shù)據(jù)量和降低數(shù)據(jù)傳輸速率是雷達信號數(shù)字處理面臨的首要問題。告訴數(shù)字器件的出現(xiàn)促進了雷達信號處理技術(shù)的進步。在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)中，數(shù)字信號處理部分是不可缺少的，因為從信號的產(chǎn)生、濾波、加工到目標參數(shù)的估計和目標成像顯示都離不開數(shù)字濾波技術(shù)。雷達信號的數(shù)字濾波器是當今十分活躍的研究領(lǐng)域之一。聲納信號處理分為兩大類，即有源聲納信號處理和無源聲納信號處理，有源聲納系統(tǒng)涉及的許多理論和技術(shù)與雷達系統(tǒng)相同。
十四、音樂
數(shù)字濾波器為音樂領(lǐng)域開辟了一個新局面，在對音樂信號進行編輯、合成、以及在音樂中加入交混回響、合聲等特殊效果特殊方面，數(shù)字濾波技術(shù)都顯示出了強大的威力。數(shù)字濾波器還可用于作曲、錄音和播放，或?qū)εf錄音帶的音質(zhì)進行恢復(fù)等。
十五、有源電力濾波器在機場的應(yīng)用
飛機作為一種便捷的交通方式給人們?nèi)粘＝煌ㄉ顜砹硕鄻踊倪x擇，隨之機場也在逐年擴建。但在機場的低壓配電系統(tǒng)中，存在著大量的諧波源，如機場助航燈、直流電機、電爐、軋機、電焊機等，這些諧波源具有電流畸變大、諧波頻譜范圍廣、無功需求變化快等特點。這類負載產(chǎn)生的諧波，危及配電系統(tǒng)的正常運行，甚至引發(fā)嚴重的電氣事故。其中以機場助航燈光系統(tǒng)為例，助航燈光負載設(shè)備不斷增加，機場燈光站大量使用可控硅調(diào)光設(shè)備，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的諧波電流，對電能質(zhì)量造成污染，同時附加電流和額外的熱效應(yīng)對各類電氣設(shè)備和電纜線路安全也造成一定危害。因此，對機場助航燈光站電力諧波問題進行分析與治理極為重要。
上文相關(guān)知識大家都了解了嗎?這些是小編為大家整理的濾波器的作用、分類 、應(yīng)用領(lǐng)域。我國現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率已基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備。從整體而言，我國有源濾波器發(fā)展比無源濾波器緩慢，尚未大量生產(chǎn)和應(yīng)用。
從生產(chǎn)應(yīng)用比例可以看出我國各類濾波器的應(yīng)用情況：LC濾波器占50%;晶體濾波器占20%;機械濾波器占15%;陶瓷和聲表面濾波器各占1%;其余各類濾波器共占13%。從這些應(yīng)用比例來看，我國電子產(chǎn)品要想實現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍然是個重要課題。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對濾波器的性能要求越來越高，功能也越來越多，并且要求它們向集成方向發(fā)展。
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