设计一个RC高通滤波器或低通滤波器

qlexcel 2019-05-03 11:42:42  30981  收藏 93

分类专栏： 器件&传感器 模拟电路&电路分析

一、引出

        在一些信号电路中通常会存在一些我们不需要的噪声，比如高频噪声。这个时候就需要滤波器来处理他们了。

二、滤波器电路图及其截止频率计算公式

        一阶RC滤波器电路图如上，截止频率公式为：f=1/(2πRC)

        如R=51Ω，C=22uF，则截止频率f=141Hz。意味着，高通RC滤波器会对低于141Hz的信号起抑制作用。低通滤波器会对高于141Hz的信号起抑制作用。（实际运用时，要留有余量，因为到达截止频率时，信号已经产生了3dB衰减，一般选取的截止频率值要比实际有用信号的最高频率稍大一些）

三、滤波器的阻抗匹配

        运用上面的方法，可以很简单的设计RC滤波器，可是你会发现同一个频率可以有很多取值，比如R=51Ω，C=22uF，也可以换成R=510Ω，C=2.2uF，它们有什么区别呢？把实际的电路搭出来后，你会发现输出的波形和输入的波形，幅值不同，这是为什么？

        这就涉及滤波器阻抗匹配的问题了，即滤波器自身也存在阻抗，会对信号起分压的作用，因此会导致输出信号降低。

        以上面的低通滤波器为例，假设前级电路的输出阻抗为Ro1，后级电路的输入阻抗为RL2，那么等效电路图变为：

        我们先来考虑低通滤波器的输入阻抗，等效图精简为：

        滤波器输入阻抗：

        则图中Point7处电压为：

        再来看滤波器输出阻抗与负载之间的关系，等效图为：

        图中Point 3出电压：

        根据V7和V3的公式，就可以得出输入信号与输出信号的关系，由此可知滤波器R、C值的选取对于滤波器的输出影响很大。R、C参数的选取很重要。

四、R、C的选取方式

        在计算后截止频率的情况下，R、C的取值可以成倍变化，如51Ω、22uF变为510Ω、2.2uF或5.1欧姆、220uF。为得到幅值衰减最小的波形，要保证：

1、滤波器的阻抗R1+Xc大于前级输入阻抗，越大越好。

2、滤波器的电容阻抗Xc远远小于后级输出阻抗RL2。