低通滤波

编辑:世代网互动百科 时间:2020-01-21 18:41:25
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低通滤波(Low-pass filter) 是一种过滤方式,规则为低频信号能正常通过,而超过设定临界值的高频信号则被阻隔、减弱。但是阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以及不同的滤波程序(目的)而改变。它有的时候也被叫做高频去除过滤(high-cut filter)或者最高去除过滤(treble-cut filter)。低通过滤是高通过滤的对立。

低通滤波低通滤波

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低通滤波可以简单的认为:设定一个频率点,当信号频率高于这个频率时不能通过,在数字信号中,这个频率点也就是截止频率,当频域高于这个截止频率时,则全部赋值为0。因为在这一处理过程中,让低频信号全部通过,所以称为低通滤波。
低通过滤的概念存在于各种不同的领域,诸如电子电路,数据平滑,声学阻挡,图像模糊等领域经常会用到。
在数字图像处理领域,从频域看,低通滤波可以对图像进行平滑去噪处理。

低通滤波低通滤波器

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对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。当使用在音频应用时,它有时被称为高频剪切滤波器,或高音消除滤波器。
低通滤波器概念有许多不同的形式,其中包括电子线路(如音频设备中使用的hiss 滤波器、平滑数据的数字算法、音障(acoustic barriers)、图像模糊处理等等,这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。
低通滤波器的幅频 低通滤波器的幅频
低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数(moving average)所起的作用;低通滤波器有很多种。其中,最通用的就是巴特沃斯滤波器切比雪夫滤波器

低通滤波低通滤波电路

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滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波,一般由电抗元件组成,如在负载电阻两端并联电容器C,或与负载串联电感器L,以及由电容,电感组合而成的各种复式滤波电路。其中最简单的滤波电路如下:
最简单的滤波电路 最简单的滤波电路
临界频率计算公式:
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。若滤波电路元件仅由无源元件(电阻、电容、电感)组成,则称为无源滤波电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。若滤波电路不仅由无源元件,还由有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)组成,则称为有源滤波电路。有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器
低通滤波电路 低通滤波电路

低通滤波无源滤波电路

无源滤波电路的结构简单,易于设计,但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化,因而不适用于信号处理要求高的场合。无源滤波电路通常用在功率电路中,比如直流电源整流后的滤波,或者大电流负载时采用LC(电感、电容)电路滤波。

低通滤波有源滤波电路

有源滤波电路的负载不影响滤波特性,因此常用于信号处理要求高的场合。有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成,因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用,同时还可以进行放大。但电路的组成和设计也较复杂。有源滤波电路不适用于高电压大电流的场合,只适用于信号处理。
根据滤波器的特点可知,它的电压放大倍数的幅频特性可以准确地描述该电路属于低通、高通、带通还是带阻滤波器,因而如果能定性分析出通带和阻带在哪一个频段,就可以确定滤波器的类型。
识别滤波器的方法是:若信号频率趋于零时有确定的电压放大倍数,且信号频率趋于无穷大时电压放大倍数趋于零,则为低通滤波器;反之,若信号频率趋于无穷大时有确定的电压放大倍数,且信号频率趋于零时电压放大倍数趋于零,则为高通滤波器;若信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数均趋于零,则为带通滤波器;反之,若信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数具有相同的确定值,且在某一频率范围内电压放大倍数趋于零,则为带阻滤波器

低通滤波电子低通滤波器

有许许多多不同频率响应的不同类型滤波器电路。滤波器的频率响应通常用波德图‎表示。
例如,一阶滤波器在频率增加一倍(增加octave)时将信号强度减弱一半(大约-6dB)。一阶滤波器幅度波特图在截止频率之下是一条水平线,在截止频率之上则是一条斜线。在两者边界处还有一个"knee curve"在两条直线区域之间平缓转换。参见RC电路二阶滤波器对于削减高频信号能起到更高的效果。这种类型的滤波器的波特图类似于一阶滤波器,只是它的滚降速率更快。例如,一个二阶的巴特沃斯滤波器(它是一个没有尖峰的临界衰减RLC电路)频率增加一倍时就将信号强度衰减到最初的四分之一(每倍频-12dB)。其它的二阶滤波器最初的滚降速度可能依赖于它们的Q因数,但是最后的速度都是每倍频 -12dB。参见RLC电路。三阶和更高阶的滤波器也是类似。总之,最后n阶滤波器的滚降速率是每倍频6ndB。
对于任何的巴特沃斯滤波器,如果向右延长水平线并且向左上延伸斜线(函数的渐近线,它们将相交在“截止频率”。一阶滤波器在截止频率的频率响应是水平线下-3dB。不同类型的滤波器——巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等——都有不同形状的“knee curves”。许多二阶滤波器设计成有“峰值”或者谐振以得到截止频率处的频率响应处在水平线之上。参见电子滤波器中其它类型的滤波器。
'低'和'高'的含义——例如截止频率—— 依赖于滤波器的特性。(术语“低通滤波器”仅仅是指滤波器响应的形状。一个高通滤波器能够设计成比任何低通滤波器截止频率更低的截止频率。不同的频率响应是区分它们的依据。)电子滤波器能够设计成任何所期望的频率范围——可以到微波频率(超过 1000 MHz)乃至更高。