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ABB NBRA-669C      濾波器

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電源濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除，得到一個特定頻率的電源信號，或消除一個特定頻率后的電源信號。

濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件。"波"是一個非常廣濾波器圖片 泛的物理概念，在電子技術領域，"波"被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉換為電壓或電流的時間函數(shù)，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。因為自變量時間'是連續(xù)取值的，所以稱之為連續(xù)時間信號，又習慣地稱之為模擬信號(Analog Signal)。隨著數(shù)字式電子計算機(一般簡稱計算機)技術的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計算機對信號進行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導下將連續(xù)時間信號變換成離散時間信號的完整的理論和方法。也就是說，可以只用原模擬信號在一系列離散時間坐標點上的樣本值表達原始信號而不丟失任何信息，波、波形、信號這些概念既然表達的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現(xiàn)代社會賴以生存的各種信息的載體。信息需要傳播，靠的就是波形信號的傳遞。信號在它的產(chǎn)生、轉換、傳輸?shù)拿恳粋€環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變，甚至是在相當多的情況下，這種畸變還很嚴重，以致于信號及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當中了。

巴特沃斯響應能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應非常平坦，接近DC信號，然后慢慢衰減至截止頻率點為-3dB，最終逼近-20ndB/decade的衰減率，其中n為濾波器的階數(shù)。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應用，其對于維護增益的1平坦性來說非常重要。除了會改變依賴于頻率的輸入信號的幅度外，濾波器還會為其引入了一個延遲。延遲使得基于頻率的相移產(chǎn)生非正弦信號失真。就像巴特沃斯響應利用通帶最大化了幅度的平坦度一樣，貝塞爾響應最小化了通帶的相位非線性。在一些應用當中，最為重要的因素是濾波器截斷不必要信號的速度。如果你可以接受通帶具有一些紋波，就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。附錄A包含了設計多達8階的具巴特沃斯、貝塞爾和切貝雪夫響應濾波器所需參數(shù)的表格。其中兩個表格用于切貝雪夫響應∶一個用于0.1dB最大通帶紋波;

濾波器的主要參數(shù)(Definitions):中心頻率(Center Frequency):濾波器通帶的頻率f0，一般取f0=(f1+f2)/2，f1、f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對下降1dB或3dB邊頻點。窄帶濾波器常以插損最小點為中心頻率計算通帶帶寬。截止頻率(Cutoff Frequency):指低通濾波器的通帶右邊頻點及高通濾波器的通帶左邊頻點。通常以1dB或3dB相對損耗點來標準定義。相對損耗的參考基準為:低通以DC處插損為基準，高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準。通帶帶寬(BWxdB):指需要通過的頻譜寬度，BWxdB=(f2-f1)。f1、f2為以中心頻率f0處插入損耗為基準，下降X(dB)處對應的左、右邊頻點。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征濾波器通帶帶寬參數(shù)。分數(shù)帶寬(frbal bandb)=BW3dB/f0×100[%]，也常用來表征濾波器通帶帶寬。插入損耗(Insertion Loss):由于濾波器的引入對電路中原有信號帶來的衰耗，以中心或截止頻率處損耗表征，如要求全帶內(nèi)插損需強調(diào)。紋波(Ripple):指1dB或3dB帶寬(截止頻率)范圍內(nèi)，插損隨頻率在損耗均值曲線基礎上波動的峰-峰值。

帶內(nèi)波動(Passband Riplpe):通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量。1dB帶寬內(nèi)的帶內(nèi)波動是1dB。帶內(nèi)駐波比(VSWR):衡量濾波器通帶內(nèi)信號是否良好匹配傳輸?shù)囊豁椫匾笜?。理想匹配VSWR=1:1，失配時VSWR>1。對于一個實際的濾波器而言，滿足VSWR<1.5:1的帶寬一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例與濾波器階數(shù)和插損相關。回波損耗(Return Loss):端口信號輸入功率與反射功率之比的分貝(dB)數(shù)，也等于|20Log10ρ|，ρ為電壓反射系數(shù)。輸入功率被端口全部吸收時回波損耗為無窮大。阻帶抑制度:衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標。該指標越高說明對帶外干擾信號抑制的越好。通常有兩種提法:一種為要求對某一給定帶外頻率fs抑制多少dB，計算方法為fs處衰減量As-IL;另一種為提出表征濾波器幅頻響應與理想矩形接近程度的指標--矩形系數(shù)(KxdB>1)，KxdB=BWxdB/BW3dB，(X可為40dB、30dB、20dB等)。濾波器階數(shù)越多矩形度越高--即K越接近理想值1，制作難度當然也就越大。延遲(Td):指信號通過濾波器所需要的時間，數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對角頻率的導數(shù)，即Td=df/dv。帶內(nèi)相位線性度:該指標表征濾波器對通帶內(nèi)傳輸信號引入的相位失真大小。按線性相位響應函數(shù)設計的濾波器具有良好的相位線性度。

幾種低通原型濾波器是現(xiàn)代網(wǎng)絡綜合法設計濾波器的基礎，各種低通、高通、帶通、帶阻濾波器大都是根據(jù)此特性推導出來的。正因如此，才使得濾波器的設計得以簡化，精度得以提高。

理想的低通濾波器應該能使所有低于截止頻率的信號無損通過，而所有高于截止頻率的信號都應該被無限的衰減，從而在幅頻特性曲線上呈現(xiàn)矩形，故而也稱為矩形濾波器(brick-wallfilter)。遺憾的是，如此理想的特性是無法實現(xiàn)的，所有的設計只不過是力圖逼近矩形濾波器的特性而已。根據(jù)所選的逼近函數(shù)的不同，可以得到不同的響應。雖然逼近函數(shù)多種多樣，但是考慮到實際電路的使用需求，通常會選用"巴特沃斯響應"或"切比雪夫響應"。

"巴特沃斯響應"帶通濾波器具有平坦的響應特性，而"切比雪夫響應"帶通濾波器卻具有更陡的衰減特性。所以具體選用何種特性，需要根據(jù)電路或系統(tǒng)的具體要求而定。但是，"切比雪夫響應"濾波器對于元件的變化最不敏感，而且兼具良好的選擇性與很好的駐波特性(位于通帶的中部)，所以在一般的應用中，推薦使用"切比雪夫響應"濾波器。

無源濾波器:僅由無源元件組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變化的原理構成的。這類濾波器的優(yōu)點是:電路比較簡單，不需要直流電源供電，可靠性高;缺點是:通帶內(nèi)的信號有能量損耗，負載效應比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應，當電感L較大時濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。

有源濾波器:由無源元件和有源器件組成。這類濾波器的優(yōu)點是:通帶內(nèi)的信號不僅沒有能量損耗，而且還可以放大，負載效應不明顯，多級相聯(lián)時相互影響很小，利用級聯(lián)的簡單方法很容易構成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽;缺點是:通帶范圍受有源器件的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場合不適用。

濾波器與機箱之間的一段連線會產(chǎn)生兩種不良作用: 一個是機箱內(nèi)部空間的電磁干擾會直接感應到這段線上，沿著電纜傳出機箱，借助電纜輻射，使濾波器失效;另一個是外界干擾在被板上濾波器濾波之前，借助這段線產(chǎn)生輻射，或直接與線路板上的電路發(fā)生耦合，造成敏感度問題;

濾波陣列板、濾波連接器等面板濾波器一般都直接安裝在屏蔽機箱的金屬面板上。由于直接安裝在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間完全隔離，接地良好，電纜上的干擾在機箱端口上被濾除，因此濾波效果相當理想。

與模擬濾波器相對應，在離散系統(tǒng)中廣泛應用數(shù)字濾波器。它的作用是利用離散時間系統(tǒng)的特性對輸入信號波形或頻率進行加工處理?；蛘哒f，把輸入信號變成一定的輸出信號，從而達到改變信號頻譜的目的。數(shù)字濾波器一般可以用兩種方法來實現(xiàn):一種方法是用數(shù)字硬件裝配成一臺專門的設備，這種設備稱為數(shù)字信號處理機;另一種方法就是直接利用通用計算機，將所需要的運算編成程序讓通用計算機來完成，即利用計算機軟件來實現(xiàn)。

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。由于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，只推動中高頻揚聲器是節(jié)省功率、保證音質(zhì)的選擇。此外高通濾波器常常和低通濾波器成對出現(xiàn)，不論哪一種，都是為了把一定的聲音頻率送到應該去的單元。低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。對于不同濾波器而言，每個頻率的信號的減弱程度不同。當使用在音頻應用時，它有時被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。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(shù)據(jù)的數(shù)字算法、音障(acoustic barriers)、圖像模糊處理等等，這兩個工具都通過剔除短期波動、保留長期發(fā)展趨勢提供了信號的平滑形式。低通濾波器在信號處理中的作用等同于其它領域如金融領域中移動平均數(shù)所起的作用;低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器。