濾波器是一種選頻裝置,，可以使信號中特定的頻率成分通過,，而極大地衰減其他頻率成分。利用濾波器的這種選頻作用,，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析,。換句話說，凡是可以使信號中特定的頻率成分通過,，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱之為濾波器,。
濾波的概念
濾波是信號處理中的一個重要概念，濾波電路的作用是盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分,，保留其直流成分,，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑,。
一般來說,，濾波分為經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。
經(jīng)典濾波是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個工程概念,，根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論,，任何一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成,。
換句話說,，就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分,。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過,，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路,。
在經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波中,，濾波器模型其實是一樣的(硬件方面的濾波器其實進(jìn)展并不大)，但現(xiàn)代濾波還加入了數(shù)字濾波的很多概念,。
濾波電路的原理
當(dāng)流過電感的電流變化時，電感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢將阻止電流的變化,。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時,，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加,，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中;當(dāng)通過電感線圈的電流減小時,，自感電動勢與電流方向相同,，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量,，以補(bǔ)償電流的減小,。
因此經(jīng)電感濾波后，不但負(fù)載電流及電壓的脈動減小,，波形變得平滑,，而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。
在電感線圈不變的情況下,，負(fù)載電阻愈小,，輸出電壓的交流分量愈小。只有在RL>>ωL時才能獲得較好的濾波效果,。L愈大,，濾波效果愈好。
濾波器的作用
1,、將有用的信號與噪聲分離,，提高信號的抗干擾性及信噪比;
2、濾掉不感興趣的頻率成分,，提高分析精度;
3,、從復(fù)雜頻率成分中分離出單一的頻率分量。
電路分類
1.按所采用的元器件分為無源和有源濾波器
常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類,。若濾波電路元件僅由無源元件(電阻,、電容、電感)組成,，則稱為無源濾波電路,。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型,、LC濾波,、LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。若濾波電路不僅由無源元件,，還由有源元件(雙極型管,、單極型管、集成運放)組成,，則稱為有源濾波電路,。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器,。
無源濾波電路
無源濾波電路的結(jié)構(gòu)簡單,，易于設(shè)計，但它的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負(fù)載而變化，因而不適用于信號處理要求高的場合,。無源濾波電路通常用在功率電路中,，比如直流電源整流后的濾波，或者大電流負(fù)載時采用LC(電感,、電容)電路濾波,。
有源濾波電路
有源濾波電路的負(fù)載不影響濾波特性，因此常用于信號處理要求高的場合,。有源濾波電路一般由RC網(wǎng)絡(luò)和集成運放組成,，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時還可以進(jìn)行放大,。但電路的組成和設(shè)計也較復(fù)雜,。有源濾波電路不適用于高電壓大電流的場合，只適用于信號處理,。
2.根據(jù)濾波器的選頻作用分類
(1)低通濾波器
從0～f2頻率之間,，幅頻特性平直，它可以使信號中低于f2的頻率成分幾乎不受衰減地通過,，而高于f2的頻率成分受到極大地衰減,。
(2)高通濾波器
與低通濾波相反，從頻率f1～∞,，其幅頻特性平直,。它使信號中高于f1的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而低于f1的頻率成分將受到極大地衰減,。
(3)帶通濾波器
它的通頻帶在f1～f2之間,。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分可以不受衰減地通過，而其它成分受到衰減,。
(4)帶阻濾波器
與帶通濾波相反,，阻帶在頻率f1～f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分受到衰減,，其余頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過,。
3.按所處理的信號分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器
數(shù)字濾波器與模擬濾波器的主要區(qū)別：
1、數(shù)字濾波器用于離散系統(tǒng),，模擬濾波器用于連續(xù)時間系統(tǒng),，也可以用在離散時間系統(tǒng)中，比如SC(開關(guān)電容)濾波器,。
2,、數(shù)字濾波器由數(shù)字乘法器、加法器和延時單元組成的一種算法或裝置,。數(shù)字濾波器的功能是對輸入離散信號的數(shù)字代碼進(jìn)行運算處理,，以達(dá)到改變信號頻譜的目的,。
數(shù)字濾波器可用計算機(jī)軟件實現(xiàn)，也可用大規(guī)模集成數(shù)字硬件實現(xiàn),。模擬濾波器有有源和無源的，有源濾波器主要是有運放,，或者跨到運放,，及電阻，電容構(gòu)成,。無源的濾波器主要是R,L,C構(gòu)成,。模擬濾波器會有電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題,，而數(shù)字濾波器不存在這些問題,，因而可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度和精度。
3,、從實現(xiàn)手段上看,，模擬濾波器一般用電容，電感這些模擬器件搭建的,，數(shù)字濾波器可以通過軟件或者數(shù)字芯片來實現(xiàn),。模擬濾波器參數(shù)改變時要更換電容、電感,，很麻煩,。數(shù)字濾波器參數(shù)改變時有時只需要修改一下系數(shù)就可以做到了(如軟件實現(xiàn)時)。
4,、從技術(shù)指標(biāo)上看,，舉個例子模擬濾波器要達(dá)到-60dB就非常困難了，而數(shù)字濾波器可以比較容易地達(dá)到這個指標(biāo),。
5,、模擬濾波器和數(shù)字濾波器最大的區(qū)別是數(shù)字濾波器關(guān)于Fs/2頻率是翻轉(zhuǎn)的，也就是對稱的;而模擬濾波器不是,。所以在DAC之中會選擇大量插值濾波,，把鏡頻頻率放到很遠(yuǎn)的頻點上，之后在射頻段用聲表這樣的模擬濾波器濾掉鏡頻,。所以數(shù)字模擬濾波器缺一不可,。
6、模擬濾波器與數(shù)字濾波器的表達(dá)方式不同：模擬濾波器用H(S)表示,，而數(shù)字濾波器用H(Z)表示,。模擬濾波器是以幅頻特性的逼近為主，而數(shù)字濾波器則可以實現(xiàn)相位的匹配,。