低通濾波器概述

電感阻止高頻信號通過而允許低頻信號通過，電容的特性卻相反。信號能夠通過電感的濾波器、或者通過電容連接到地的濾波器對於(yu) 低頻信號的衰減要比高頻信號小，稱為(wei) 低通濾波器。

當使用在音頻應用時，它有時被稱為(wei) 高頻剪切濾波器，或高音消除濾波器。低通濾波器是指車載功放中能夠讓低頻信號通過而不讓中、高頻信號通過的電路，其作用是濾去音頻信號中的中音和高音成分，增強低音成分以驅動揚聲器的低音單元。由於(yu) 車載功放大部分都是全頻段功放，通常采用AB類放大設計，功率損耗比較大，所以濾除低頻段的信號，隻推動中高頻揚聲器是節省功率、保證音質的最佳選擇。

低通濾波器工作原理

低通濾波器原理很簡單，它就是利用電容通高頻阻低頻、電感通低頻阻高頻的原理。對於(yu) 需要截止的高頻，利用電容吸收電感、阻礙的方法不使它通過；對於(yu) 需要放行的低頻，利用電容高阻、電感低阻的特點讓它通過。

低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音頻設備中使用的hiss濾波器）、平滑數據的數字算法、音障（acouscbarriers）、圖像模糊處理等等，這兩(liang) 個(ge) 工具都通過剔除短期波動、保留長期發展趨勢提供了信號的平滑形式。

低通濾波器（LPF）

最簡單的低通濾波器由電阻和電容元件構成，見上圖（a），實際上這是一個(ge) 最簡單的RC低通電路，一般稱為(wei) 無源低通濾波器。該低通電路的電壓放大倍數為(wei)

由上圖（b）可見，當頻率高於(yu) fo後，隨著頻率的升高，電壓放大倍數將降低，因此電路具有“低通”的特性。

這種無源RC低通濾波器的主要缺點是電壓放大倍數低，由Au的表達式可知，通帶電壓放大倍數隻有l。同時帶負載能力差，若在輸出端並聯一個(ge) 負載電阻，除了使電壓放大倍數降低以外，還將影響通帶截止頻率fo的值。

利用集成運放與(yu) RC低通電路一起，可以組成有源濾波器，以提高通帶電壓放大倍數和帶負載能力。上圖（a）示出了一階低通有源濾波器的電路圖。

低通濾波器電路圖設計（一）

巴特沃斯濾波器

巴特沃斯濾波器是濾波器的一種設計分類，其采用的是巴特沃斯傳(chuan) 遞函數，有高通、低通、帶通、帶阻等多種濾波器類型。巴特沃斯濾波器在通頻帶內(nei) 外都有平穩的幅頻特性，但有較長的過渡帶，在過渡帶上很容易造成失真。

四階巴特沃斯低通濾波器

低通濾波器電路圖設計（二）

濾波電路又稱為(wei) 濾波器，是一種選頻電路，能夠使特定頻率範圍的信號通過，而使其它頻率的信號大大衰減即阻止其通過。按其工作頻率範圍的不同，濾波電路可分為(wei) 低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器和全通濾波器。僅(jin) 由電阻、電容、電感這些無源元件組成的濾波電路稱為(wei) 無源濾波器。如果濾波電路中含有有源元件，如集成運放等，則稱為(wei) 有源濾波器。與(yu) 無源濾波器相比，有源濾波器具有體(ti) 積小、效率高、帶負載能力強、頻率特性好，而且在濾波的同時還可以將有用信號放大等一係列優(you) 點，因而得到廣泛應用。

圖1（a）所示電路為(wei) 一階有源低通濾波電路。

其幅頻特性如圖1（b）所示。

為(wei) 改善濾波效果，使f》fo時，信號衰減的更快，一般在圖1（a）所示的一階低通濾波器的基礎上再增加一級RC電路就構成二階有源低通濾波器，如圖2所示。

低通濾波器電路圖設計（三）

三階RC有源低通濾波器電路圖

計算公式為(wei) 截止頻率

F=1/（WR1C1），R1=R4=2R2=2R3，C1=10C

低通濾波器電路圖設計（四）

一階有源低通濾波器升級二階有源低通濾波器

為(wei) 改善濾波效果，使f》fo時，信號衰減的更快，一般在圖1（a）所示的一階低通濾波器的基礎上再增加一級RC電路就構成二階有源低通濾波器，如圖2所示。

低通濾波器電路圖設計（五）

常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩(liang) 大類。若濾波電路元件僅(jin) 由無源元件（電阻、電容、電感）組成，則稱為(wei) 無源濾波電路。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和複式濾波（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(jin) 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(wei) 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。

低通濾波可以簡單的認為(wei) ：設定一個(ge) 頻率點，當信號頻率高於(yu) 這個(ge) 頻率時不能通過，在數字信號中，這個(ge) 頻率點也就是截止頻率，當頻域高於(yu) 這個(ge) 截止頻率時，則全部賦值為(wei) 0。因為(wei) 在這一處理過程中，讓低頻信號全部通過，所以稱為(wei) 低通濾波。

低通過濾的概念存在於(yu) 各種不同的領域，諸如電子電路，數據平滑，聲學阻擋，圖像模糊等領域經常會(hui) 用到。

低通濾波電路圖

上圖這是一個(ge) 有源低通濾波器，主要作用是對音頻解碼芯片CS4360輸出的音頻信號進行低通濾波，把無用的高頻信號過濾掉。

低通濾波器電路圖設計（六）

本設計要求截止頻率為(wei) 2 kHz，根據外接電阻和截止頻率的關(guan) 係得到外接電阻REXT=40 kΩ，將DIV／CLK引腳短接到V+引腳。濾波電路連接如圖2所示。

該電路采用單電源供電模式，因此V+引腳接+5 V電源，C11為(wei) 電源濾波電容，以確保輸入電壓質量。R9和R12為(wei) 分壓電阻。通過分壓得到GND引腳的參考電壓為(wei) 2 V。IN+引腳為(wei) 信號輸入引腳，OUT引腳為(wei) 電路輸出引腳，通過該濾波電路即可輸出性能良好的波形。R10設置濾波器的截止頻率，本設計要求截止頻率為(wei) 2 kHz，經計算得到R10=40 kΩ，實驗中測量了不同頻率下LTC1569（＄5.9000）的輸入和輸出幅值，如表1所示。

由表1可以看出，當輸入頻率f=100 Hz、f截止=200 Hz時輸出信號開始衰減，當f=f截止=2 kHz時，輸出信號的幅值為(wei) 輸入信號的0．707倍，符合低通濾波電路的幅頻特性，保證了濾波電路的截止頻率為(wei) 2 kHz。