亿金资深技术工程介绍多种滤波器的原理以及计算

亿金电子不仅是石英贴片晶振,陶瓷谐振器方面的知名供应商,同样为滤波器使用领域的客户提供了丰富的产品,在频率元件方面占有一定位置.以下文章是亿金资深技术工程介绍多种滤波器的原理以及计算.

RC陷波滤波器(TwinT)

双T陷波滤波器可用于阻止不需要的频率,或者如果作为带通滤波器放置在运算放大器周围.陷波频率出现在容抗等于电阻(Xc=R)的地方,如果值接近,则衰减可能非常高,并且陷波频率几乎被消除.滤波器的插入损耗取决于连接到输出的负载,因此电阻应该比负载低得多,以实现最小的损耗.在音频频率下,滤波器可以通过衰减中频范围来充当低音和高音增强电路.使用1.5K电阻和0.1uF电容,-10dB的带阻约为500Hz至2Khz.可以使用0.5R值稍微调整响应的深度和宽度,并在C值上添加一些电阻.

二阶运算放大器滤波器

下图说明了将运算放大器用作有源二阶滤波器.示出了三个二阶滤波器,低通,高通和带通.这些滤波器中的每一个将以每倍频程12dB的速率衰减其通带之外的频率,或者对于频率的每个倍频程增加或减小1/4的电压幅度来衰减通带以外的频率.

一阶低通或高通截止频率(-3dB点)=1/(2pi*R*C)

二阶低通或高通截止频率(-3dB点)=1/2pi(R1*R2*C1*C2)^.5

200Hz截止频率的示例-R1=R2=7.95K,C1=C2=0.1uF

单运放带通滤波器

带通滤波器通过一系列频率,同时抑制通带上限和下限之外的频率.要通过的频率范围称为通带,并从低于中心频率的点延伸到高于中心频率的点,其中输出电压下降到中心频率处输出电压的约70％.这两个点在中心频率的上方和下方不等间隔,但如果在对数图上绘制,则看起来等间隔.从较低点到中心的百分比变化将与从中心到较高点的百分比变化相同,但不是绝对量.这类似于音乐键盘,其中每个键通过相同的频率百分比变化与下一个键分开,但不是绝对量.滤波器带宽(BW)是上通带频率和下通带频率之间的差.关于通带的上,下和中心频率的公式是：

中心频率=(较低频率*较高频率)的平方根

质量因子或滤波器的Q值是上下频率点之间距离的度量,并定义为(中心频率/BW),以便当通带在相同的中心频率附近变窄时,Q因子变得更高.品质因数表示滤波器的清晰度,或者当输入频率在第一个八度音阶期间远离中心频率时幅度下降的速率.当频率远离中心频率超过一个倍频程时,无论Q值如何,每个八度音程都会接近6dB.单个八度音程从中心频率变化的不同Q值的近似滚降率为：

Q=1=6dB

Q=5=18dB

Q=10=24dB

Q=50=40dB

对于具有相同值的两个电容器的单个运算放大器带通滤波器,Q因子必须大于增益的一半的平方根,因此增益98将需要Q因子为7或更大.

下面的示例显示了1700Hz带通滤波器,Q值为8,中心频率(1700Hz)增益为65.可以使用以下三个公式计算滤波器的电阻值.对于公式起作用,两个电容值必须相同,并且选择为0.01uF,这是在音频频率下可用的常用值.在“WhistleOn/WhistleOff”继电器切换电路中使用相同的滤波器.

R1=Q/(G*C*2*Pi*F)=8/(65*.00000001*6.28*1700)=1152或1.1K

R2=Q/((2*Q^2)-G)*C*2*Pi*F)=8/((128-65)*.00000001*6.28*1700)=1189或1.2K

R3=(2*Q)/(C*2*Pi*F)=16/(.00000001*6.28*1700)=150K