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大咖详谈一阶RC低通滤波器怎么过滤高频噪声

关于一阶滤波器的种种有很多资料可查,像截止频率啊,相移啊什么的,这些在这里就不再重复了。本文主要阐述一下阿呆在学习过程中曾被困扰的地方,及本人的简要分析。本文从无源RC低通滤波器说起,以一

  关于一阶滤波器的种种有许多材料可查,像截止频率啊,相移啊什么的,这些在这里就不再重复了。本文首要论述一下阿呆在学习进程中曾被困扰的当地,及自己的扼要剖析。

  本文从无源RC低通滤波器说起,以一个实例为评论布景:有一个心电扩大电路,最终一级输出阻抗50欧姆,可是该电路输出信号存在显着的毛刺,那么咱们想通过低通滤波器滤掉高频噪声,该怎样完成呢?

  最简略的做法,便是在输出上直接加上一个无源RC滤波器了,心电信号频率规模是:0.05-100Hz,为保证有用信号在通带不产生过于不平衡的衰减,咱们规划一个截止频率为150Hz的低通滤波器(因为在抵达截止频率时,信号现已产生了3dB衰减,一般选取的截止频率值要比实践有用信号的最高频率稍大一些)

  如图1所示:

  

  图1

  输出幅值变了!信号源输出峰值1V信号,在滤波器输出时,由图1可见,缺乏1V(每格500mV,缺乏两格)。怎样回事?

  将该滤波器独立出来,使用抱负电压源注入信号,调查滤波器输出:

  

  图2

  此刻的滤波器输出就根本达到了峰值1V的输出。加上含输出阻抗的前级电路就不能达到了呢,原因安在?一向认为RC滤波器依据公式核算出截止频率,然后选定参数,加到电路里边去就OVER了,看来不是那么简略,它会受前后级阻抗的影响,那么其定量联系该怎样确认呢?不搞清楚这个问题,电路规划就如阿呆一般,停留在社会主义初级阶段了。

  后边咱们就探求一下RC滤波器在电路中的匹配问题:

  以上面的应用为例,假定前级电路的输出阻抗为Ro1,输出信号电压峰值为±2V,后级电路的输入阻抗为RL2,那么,参加一阶无源RC低通滤波器后,后级电路实践接纳信号峰值为多少呢?

  该实例等效后的电路如下:

  

  图3

  在电路规划或剖析时,不考虑前后级及自身的输入输出阻抗,想当然的认为后级接纳到的信号峰值为±2V,有木有过?阿呆确实有过,并且因实测输出达不到±2V而迁怒于元器件参数不给力、电路板规划不给力。

  那么究竟给怎样去剖析呢,首要咱们看前级输出到RC滤波器的定量联系:

  

  图4

  信号源输出阻抗为Ro1欧姆,RC滤波器输入阻抗:

  

  则图中Point7处电压为:

  

  然后咱们看RC滤波器到后级输入的定量联系:

  

  图5

  图中Point 3出电压:

  

  可见,关于一阶RC滤波器,接入电路后,前后级的输入输出阻抗都会影响电路的特征,RC滤波器电路的输出特性并非原封不动的。

  别的还有一点需求留意,上图4中,咱们假定后级输入阻抗无穷大;图5中,前级输出阻抗为零状况。那么,关于图3的电路,其定量联系怎样核算呢?

  

  图6

  为了核算便利,咱们把上面的图3拿下来,即图6:

  试剖析,咱们在求Point 7时由公式1得出,可是接入RL2后,Ri受RL2的影响:

  

  由上式可得:

  

  可见,关于一阶无源RC低通滤波器,阻抗匹配与否,关于滤波器的输出影响很大。滤波器的参数选取很重要。

  依然以截止频率为150Hz的上述滤波器而言,关于R1和C2的参数选取,可认为:

  

  表1

  由此可见,关于相同的截止频率,参数也能够选取不同的值,而不同的值,在电路中的体现则不尽相同,关于和上级输入匹配来讲,期望R1+Xc越大越好,而关于和后级的匹配来讲,则期望Xc远远小于RL2,这就呈现了一个最优化的问题。在规划电路时,不光需求在设定截止频率时需求R1和C2的值合理取值,并且还要考虑前后级的输入输出阻抗,咱们来看一下两种比较极点的状况:

  

  图7

  

  图8

  图7中,前级输出阻抗较大,后级输入阻抗较小,(这种状况是阿呆意淫出来的,以评论关于RC网络阻抗匹配问题,至于实践状况会不会产生,呵呵~~)。而RC网络选取的参数,使其输入阻抗较小,输出也较小。

  图8中,前级输出阻抗较为抱负,后级输入阻抗较大。

  比较两图Point2,Point7和Point3点的电压幅值,能够发现,图7中的输出灰常不抱负了,究其原因,便是阻抗匹配问题,那么怎样去匹配就要首要清晰前级输出阻抗和后级输入阻抗的数量等级,然后依据公式和公式选定RC网络的等级,并依据详细的截止频率选定R和C的值。

  总结一下:

  1.进行一阶无源RC低通滤波器时,因为其前后级输入输出阻抗将严重影响其特性,故阻抗匹配问题不容忽视;

  2.关于相同截止频率的滤波器,RC网络的输入输出阻抗能够成份额改变(见表1);

  3.前后级输入输出阻抗与RC网络输入输出阻抗及信号的定量核算联系如公式6、7所示,文字描述为:选定RC滤波器中RC参数时,尽量使其R+Xc远大于前级输出阻抗,尽量使Xc远小于后级输入阻抗;

  4.该核算思维适用于一阶无源RC高低通滤波器,其他类型未剖析。

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