濾波器的分類和案例搭建

濾波器的基本概念：

濾波器，作為一種信號(hào)處理器件，在電子技術(shù)和信號(hào)處理領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。它能夠通過增強(qiáng)或抑制特定頻率的信號(hào)成分來改變信號(hào)的頻譜特性。濾波器在各種領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，它主要的作用是對(duì)電路中的信號(hào)進(jìn)行濾波，即去除或減弱某些頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，同時(shí)保留或增強(qiáng)其他頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。這種頻率選擇性的特性使得濾波器在去除噪聲、干擾和雜波等方面具有顯著的效果，從而提高信號(hào)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

濾波器的分類:

根據(jù)頻率特性和工作方式，濾波器可以分為幾種主要類型：

低通濾波器（Low-pass Filter）：只允許低于某個(gè)截止頻率的信號(hào)通過，高于該頻率的信號(hào)被阻止。

高通濾波器（High-pass Filter）：只允許高于某個(gè)截止頻率的信號(hào)通過，低于該頻率的信號(hào)被阻止。

帶通濾波器（Band-pass Filter）：只允許某個(gè)頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，超出該范圍的信號(hào)被阻止。

帶阻濾波器（Band-stop Filter）：阻止某個(gè)頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，其他頻率的信號(hào)可以通過。

此外，濾波器還可以根據(jù)其他標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，如：根據(jù)是否需要外部電源可分為無源濾波器和主動(dòng)濾波器；根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式可分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器等。

案例搭建

巨霖科技的 PowerExpert 軟件中擁有豐富的器件庫，在該軟件中搭建一個(gè)一階有源低通濾波器如下圖所示：

該電路可以看作是RC低通濾波和同相放大電路一起構(gòu)成，通過公式推導(dǎo)RC低通濾波器可得輸入端的傳遞函數(shù):

由同相放大電路可得通帶放大倍數(shù)：

則總傳遞函數(shù)H（s）：由于s的方為一次，稱之為一階

通過分析可得該電路理想情況為單極點(diǎn)電路，幅值增益為11，極點(diǎn)及截止頻率（cut off frequency）約為159hz。為了獲得該電路的頻率相應(yīng)曲線，使用 PowerExpert 的AC仿真模式進(jìn)行仿真，如下圖所示：

在AC仿真的設(shè)定中，可以選擇多種輸出格式（幅值、相位、實(shí)部、虛部、20dB)，同時(shí)當(dāng)勾選上Transfer Function，選好電路的輸入輸出時(shí)，也可以直接輸出該電路的傳遞函數(shù)，在本仿真中使用十倍頻的形式進(jìn)行頻率的掃描。

同時(shí)為了更簡單的獲得電路的波德圖，PowerExpert中也添加了GainPhase器件，通過線路連接系統(tǒng)的輸入和輸出即可獲得該電路的波德圖

電路仿真結(jié)果如下：

從圖上可得該電路的3db點(diǎn)（及截止頻率為159hz）與公式推導(dǎo)結(jié)果一致。

同時(shí)PowerExpert中內(nèi)置拉普傳遞函數(shù)器件，因?yàn)闉V波器的本質(zhì)可以用傳遞函數(shù)來描述，所以可以通過拉普拉斯函數(shù)器件當(dāng)作高階復(fù)雜的濾波器來使用：

放置上圖電路中的傳遞函數(shù)進(jìn)行瞬態(tài)仿真，結(jié)果如下：