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带通滤波器原理与组成部分以及作用?

2017-07-31
类别:行业趋势
eye 452
文章创建人 拍明

  一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带,在通带内没有放大或者衰减,并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉,另外,通带外的转换在极小的频率范围完成。

  带通是让某一个范围的频率通过,滤除其余频率。如高通滤波器+低通滤波器可组成带通滤波器;低阻滤波器+高阻滤波器可组成带通滤波器。也是带通滤波器原理。

  按带通滤波器原理大体分为模拟带通滤波器和数字带通滤波器.细说带通滤波器的作用。


  带通滤波器的作用是什么?


  模拟带通滤波器一般是用电路元件(如电阻、电容、电感)来构成我们所需要的频率特性电路。模拟带通滤波器的原理是通过对电容、电阻和电感参数的配置,使得模拟滤波器对基波呈现很小的阻抗,而对谐波呈现很大的阻抗,这样当负载电流信号通过该模拟带通滤波器的时候就可以把基波信号提取出来。目前,有些有源滤波器利用模拟电路实现带通滤波器检测负载电流的基波分量,并且在实际中得到了应用。

带通滤波器的作用.jpg

  但是,模拟带通滤波器也有一些自身的缺点。这是由于模拟滤波器的中心频率对电路元件(如电容,电阻,电感)的参数十分敏感,较难设计出合适的参数,而且电路元件的参数会随外界环境的干扰发生变化,这会导致中心频率的偏移,影响滤波结果的准确性。

  数字带通滤波器就是用软件来实现上面的滤波过程,可以很好地克服模拟滤波器的缺点,数字带通滤波器的参数一旦确定,就不会发生变化,只要电网的波动频率在我们设计的范围之内,就可以比较好地提取出基波分量。数字滤波器根据其类型可以分为IIR型和FIR型。PIR型只有零点,不容易像IIR型那样取得比较好的通带与阻带特性.所以,在一般的设计中选用IIR型。IlR型又可以分成Butterworth型滤波器,Chebyshev I型滤波器,Chcbyshev Ⅱ型滤波器和椭圆型滤波器等

  测量系统从传感器拾取的信号中,往往包含有噪声和许多与被测量无关的信号,并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其他的处理过程,也会混入各种不同形式的噪声,从而影响测量精度。


  程控滤波器核心部分


  程控滤波器系统的核心部分为双二阶环路滤波器,双二阶环路滤波器利用两个以上由加法器、积分器等组成的运算放大电路,根据所要求的传递函数,引入适当的反馈构成滤波电路。其突出的特点是电路灵敏度低,因而特性稳定,并可实现多种滤波功能,经适当改进还可以减少运算放大器的数目。

  程控滤波器系统采用了TI公司的四通道运放OPA404,设计了一个双二阶环滤波电路。OPA404是一款四路高速精密运算放大器,电压摆率可达35 V/s,可以实现本系统的设计要求。


  程控滤波器软件部分


  程控滤波器系统软件采用模块化和层次化的设计思想。采用模块化方法,即是对某一硬件模块进行控制时,只需调用相应的控制模块即可。模块内采用层次化设计,把底层的硬件接口处理编制为独立底层子程序,并向上提供处理的数据,且对上层功能模块屏蔽底层硬件接口部分。最后,主程序只需要调用相关的功能模块就可以方便构建系统。

程控滤波器的组成.jpg

  程控滤波器系统的软件部分主要由单片机组成,其中主要包括系统的初始化、中断的响应和中断的处理。该设计的功能实现以键盘的按键中断为主线,通过读入用户输入的键值,在相应的中断响应函数中以的方式与外部硬件电路进行数据的交换,实现对滤波器截止频率(中心频率)以及Q值的设定.

  滤波器是一种对波进行过滤的器件,其实质上为一个选频电路,允许有用频率的信号顺利通过,而将没用频率的信号阻拦住不使其通过,从而达到对频率进行过滤的功能。滤波的过程即为从被噪声畸变和污染的信号中提取原始信号所携带的信息的过程。滤波的结果即是得到一个特定频率或消除一个特定频率。


  滤波器的作用


  根据所筛选信号频率的不同,滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。所有的滤波器都可以完成消除干扰杂讯的作用,但不同种类的滤波器其作用又有所不同。

  低通滤波器

  对于低通滤波器而言,其允许信号中的低频或直流分量通过,而将高频分量或干扰噪声等抑制住。即滤除高频、保留低频。

  高通滤波器

  对于高通滤波器而言,其允许信号中的高频或交流分量通过,而将低频或直流分量抑制住。即滤除低频、保留高频。

  带通滤波器

  对于带通滤波器而言,其允许一定频段的信号通过,该频段既不同于低通滤波器的低频信号,也不同于高通滤波器的高频信号,是介于中间的一定频段的信号,而将低于或高于该频段的信号、干扰和噪声抑制住。相当于一个高通和低通的串联,将高低都滤去,保留中间一个频带。

  带阻滤波器

  对于带阻滤波器而言,其正好与带通滤波器相反,抑制一定频段的信号,而允许该频段以外的信号通过。即滤除中间一个频带,保留高低频。

 


责任编辑:Davia

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标签: 滤波器

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