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頻率濾波器是一種通過特定頻率并降低其他頻率的信號電平的電路。了解各種類型的電感濾波器及其電源和通信系統(tǒng)應(yīng)用。
濾波器可阻擋不需要的信號或噪聲電壓，并以很少或沒有衰減的方式傳遞所需的信號。濾波器通常根據(jù)頻率特性進(jìn)行分類;低通濾波器通過低頻信號，并衰減所選截止頻率以上的所有頻率。同樣，高通濾波器僅通過頻率高于所選截止頻率的輸入。帶通濾波器在選定的頻帶內(nèi)傳遞信號，陷波（或帶阻）濾波器阻斷其頻帶內(nèi)的頻率。
頻率濾波器用于消除諧波。電源線還可以拾取由雷擊和來自大功率發(fā)射器或輻射設(shè)備等設(shè)備的機(jī)器輻射引起的干擾（噪聲）。這種類型的干擾可能會導(dǎo)致線路上其他類型的設(shè)備出現(xiàn)問題。頻率濾波器用于去除這些不需要的信號。
電感濾波器的基本類型
下面給出的波形和典型頻率響應(yīng)圖說明了各種類型濾波器的功能。
低通濾波器
低通頻率濾波器是一種濾波器，允許將低于選定頻率的所有頻率施加到負(fù)載上，并阻擋高于該點的所有頻率，如圖1所示。最簡單的濾波器由一個與負(fù)載串聯(lián)的電感器組成。低通濾波器通常用于直流電源和音頻應(yīng)用。
在0 Hz時，電感器的電抗為零，總源電壓位于負(fù)載兩端。在這種情況下，有最大電流流過負(fù)載。隨著頻率的增加，電抗成正比地增加。電感器兩端的一些源電壓下降，從而減少了流經(jīng)負(fù)載的電流。
圖 1.低通濾波器的波形和頻率響應(yīng)。圖片由阿姆娜·艾哈邁德提供
圖1中低通濾波器的輸入波形由低頻信號和一個不需要的高頻輸入疊加而成。低頻輸入在輸出端再現(xiàn)，衰減非常小，而高頻噪聲電壓則嚴(yán)重衰減。
濾波器的增益/頻率響應(yīng)圖是 v 的圖o/v我繪制與頻率的關(guān)系 （f）。如圖1所示，濾波器具有低頻通帶，其中輸出電壓近似等于輸入（vo/v我≈1）。通帶適用于從零到截止頻率的所有信號頻率。對于高于截止頻率的輸入頻率，vo/v我小于 1 并迅速下降到較低的值。因此，如圖所示，頻率高于 f 的信號c被衰減。
高通濾波器
圖2中的高通濾波器通過高頻輸入電壓并衰減低頻輸入。在這種情況下，通帶高于截止頻率 （fc），并且衰減帶低于 fc.因此，低頻輸入被衰減，而高頻信號被傳遞到輸出端子。與低通濾波器一樣，電感-電阻-電容電路的組合也是為此目的而設(shè)計的。
圖 2.高通濾波器的波形和頻率響應(yīng)。圖片由阿姆娜·艾哈邁德提供
這些濾波器中最簡單的是與負(fù)載并聯(lián)的電感器。高通濾波器通常用于通信應(yīng)用，如無線電和電視廣播，以及家用電器，以消除60 Hz噪聲的影響。
剔除頻率是由于振幅或大小而被剔除的頻率。電感器在抑制頻率下具有低電抗，從而分流負(fù)載電阻周圍的電流。隨著頻率的增加，感抗增加，直到等于負(fù)載值。高通濾波器的尖銳截止曲線可通過諧振電路獲得。此時，高通頻帶流過負(fù)載，提供一半或更多的功率。
帶通濾波器
帶通頻率濾波器是在所選頻率之間傳遞信號的濾波器。帶通濾波器應(yīng)用如圖3所示。在這種情況下，頻率帶在兩個截止頻率（f1和 f2）。如圖所示，帶通濾波器在其通帶內(nèi)傳遞中間范圍的信號頻率，并阻擋通帶上方和下方的信號頻率。
圖 3.帶通濾波器的波形和頻率響應(yīng)。圖片由阿姆娜·艾哈邁德提供
諧振可用于允許將一個頻段的頻率傳送到負(fù)載。最簡單的電路是串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路。帶通濾波器通常用于通信應(yīng)用，以調(diào)諧頻帶。
在串聯(lián)諧振電路中，電容在諧振頻率以下具有高電抗，電感在諧振頻率以下具有低電抗。在諧振頻率以上，電容具有低電抗，而電感具有高電抗。在諧振頻率下，感抗等于容性電抗，最大電流通過負(fù)載電阻。使用帶通濾波器，傳遞到負(fù)載的頻率帶包括曲線半功率點之間的頻率帶。
使用與負(fù)載并聯(lián)的并聯(lián)諧振電路可以獲得相同的帶通電路。低于諧振頻率時，感抗較低，電流繞過負(fù)載。在諧振頻率以上，容性電抗較低，并將電流分流到負(fù)載周圍。在諧振頻率下，并聯(lián)電路的阻抗處于最大值，導(dǎo)致最大電流流向負(fù)載。當(dāng)容性或感性電抗等于零時，電阻限制電路中的電流。帶通濾波器用于再現(xiàn)立體聲揚聲器中的音頻。典型的立體聲揚聲器系統(tǒng)有三個揚聲器：小型（高音揚聲器）、中型和大型（低音揚聲器）。交叉網(wǎng)絡(luò)是帶通濾波器的排列，用于將適當(dāng)?shù)男盘柭酚傻竭m當(dāng)?shù)膿P聲器。
帶阻（陷波）濾波器
帶阻頻率濾波器是一種減少所選頻率之間信號的濾波器。使用帶阻濾波器，可以防止選定的頻段到達(dá)負(fù)載，如圖4所示。
圖 4.陷波濾波器的波形和頻率響應(yīng)。圖片由阿姆娜·艾哈邁德提供
濾波選定的頻帶是使用設(shè)計有阻帶的串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路完成的。帶阻濾波器通常用于去除特定頻率（如60 Hz）的應(yīng)用。
當(dāng)串聯(lián)諧振電路與負(fù)載電阻并聯(lián)時，串聯(lián)諧振電路在其諧振頻率下，將使負(fù)載電阻周圍的大部分電流短路。由于這種布置起到短路的作用，因此使用電阻器將電流從源電流限制到安全水平。
通過與負(fù)載串聯(lián)并聯(lián)諧振電路，也可以限制來自源的電流。在諧振時，將并聯(lián)諧振電路與負(fù)載串聯(lián)會對源產(chǎn)生非常高的阻抗，從而限制流過負(fù)載的電流。該電路中的最大電流受負(fù)載值和源電壓值的限制。
頻率濾波器的關(guān)鍵要點
頻率濾波器是電感器、電容器和電阻器的組合，可以選擇或抑制頻率帶。這些組件的不同組合的特性使得可以從一個廣播電臺或電視臺選擇廣播，同時排除其他廣播或電視臺。頻率濾波器通常用于電力應(yīng)用（消除諧波）和通信應(yīng)用（衰減不需要的頻率信號）。
