上祁滤波器（滤波器视频教程）

本文目录一览：

• 1、滤波器从功能上分为几种类型？
• 2、滤波器的基本概念
• 3、带通滤波器的上下限频率的上下限频率是如何确定的
• 4、滤波器是什么意思？
• 5、滤波器对上游电路影响
• 6、滤波器是什么原理?

滤波器从功能上分为几种类型？

根据滤波器的功能可分为：

（1）低通滤波器：从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。

（2）高通滤波器：与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减蚂兆埋地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。

（3）带通滤波器：它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。

（4）带阻滤波器：与带通滤闷蚂波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。

扩充：低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器，例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。

而去耦电容和旁路电容的主要区别为：

1、使用位置的区别：

去耦电容，强调使用在系统输出侧，用来滤除系统自身产生的干扰防止耦合到下一级系统；

旁路电容，强调使用在系统输入侧，用来滤除系统不需要的高频干扰信号。

2、使用的容值大小的区别：

去耦电容，一般它的容值较大，基本在0.1uF以上，相对于直流分量来说，其他带有一定周期性波动的信号都可以认为是交流成分，在电源供电系统中，通常使用容值较大的电容，来滤除频率较低的纹波干扰，即去耦电容；

旁路电容，一般应用选值是比较小，基本都在0.1uF以下，电容容值越小，对高频信号的阻抗就越小，越容易给高频信号提供低阻抗路径流向GND。

什么是锁相环电路？

许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，我们利用锁相环路就可以实现这个目的。

锁相环路是一种反馈控制电路，又简称锁相环(PLL)。其特点是：利用外部输入的参考信号来控制环路内部振荡信号的频率和相位。

因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是其锁相环电路名称的由来。猜芦

滤波器的基本概念

滤波的实现可以利用模拟电滤波器，也可以利用数字滤波。过去，无论野外采集还是室内处唯做薯理都采用由电阻、电感、电容等电器元件组成的模拟电滤波器。模拟电滤波器存在着严重的缺点，其结构比较复杂，改变滤波器的特性比较困难，而且还存在着不需要的相位移等。数字滤波利用数学运算的方法实现滤波，简单、方便，目前室内滤波处理已广泛采用数字滤波的方法。

一个原始信号通过某一装置后变为一个新信号的过程称为滤波。原始信号称为输入，新信号称为输出，该装置则叫做滤波器。从广义上讲，任何一个过程和系统都可以称为滤波器。所谓“信号”、“装置”的概念亦应当广义地理解，可能是具体的（如电流信号和电感、电容、电阻等元件组成的“装置”），也可能是抽象的（如数和数学运算）。

1.线性时不变滤波器的响应特征和滤波机理

滤波器的种类十分繁多，地震勘探中最为常用的是线性时不变滤波器。

1）线性时不变滤波器的概念

滤波器对输入信号的改造作用可分为线性的和非线性的两大类型，简单地定义：线性滤波器是其特性与输入的性质、极性和大小都无关的滤波器，并且输出信号只包含输入信号所拥有的成分，不会有新的成分出现；非线性滤波器的特性则与之相反。

线性滤波器的基本性质是满足叠加原理和正比定理。设不同的信号x1 （t）、x2 （t）……分别输入到滤波器，输出为y1 （t）、y2 （t）……现在如果输入信号为

x（t）＝ax1（t）＋bx2（t）＋… （4-2-1）

其中a、b为任意常数，则输出必为

y（t）＝ay1（t）＋by2（t）＋… （4-2-2）

因为线性运算比非线性运算容易得多，故线性滤波器比非线性滤波器简单得多。

时不变性质即滤波器对输入信号的改造作用与时间无关。换言之，当输入为x（t）时滤波器的输出为y（t）。若输入为x（t-τ）则输出正好是y（t-τ），它与时移大小τ无关。

2）滤波器的响应特性

对滤波器滤波能力的最普遍度量是其响应特性。从经典通信论的观点来看，不考虑滤波器的内部结构，只从其输入、输出间关系定义出的滤波器特性称为响应函数。

时间函数之间的运算称为时间域运算。时间域中的响应函数称为脉冲响应，或称滤波器的时间函数、权函数或滤波因子。它定义为对单位脉冲δ（t）输入所得到的输出h（t）。

一个时间函数经傅里叶变换后可以得到其频谱，或称之为频率域中的函数。频率域函数之间的运算称为频率域运算。频率域中的响应函数称为频率响应，或称滤波器的频率特性、传递函数或转移函数。它是脉冲响应h（t）的傅里叶变换H（ω），也可以看作是输出信号的频谱与输入信号的频谱之比。一般来说它是复变函数，可以写成指数形式：

地震波场与地震勘探

其中：|H（ω）|称为滤波器的振幅特性，它影指者响输入信号的振幅谱；ϕh （ω）称为滤波器的相位特性，它对输入信号的相位谱产生改造作用。

3）线性时不变滤波器的滤波机理

线性时不变滤波器在时间域中滤波作用的实现用输入信号x（t）与滤波器的脉冲响应h（t）的褶积运算表示

地震波场与地震勘探

而在频率域中则表示为输入信号的频谱X（ω）与滤波器的传输函数H（ω）相乘：

Y（ω）＝X（ω）H（ω） （4-2-5）

因此，输出信号的振幅谱和相位谱分别为

地震波场与地震勘探

因为傅里叶变换是可逆的，故频率域运算与时间域运算完全等价。在两个域中表示的滤波机理归结如下：

地震波场与地震勘探

线性时不变滤波器的时间域滤波机理可以这样来理解：将输入想像为在采样瞬间由函数值确定其大小的一个脉冲序列；该序列的每个脉冲均使滤波器产生相应的脉冲响应；根据线性时不变性质，输入为所有单个脉冲之和组成的脉冲序列，则输出由所有这些胡祥单个脉冲的响应叠加组成。这一点通过数值褶积的物理过程（图4-2-1）可以看得很清楚。

图4-2-1 数值褶积的物理过程

其中hn＝（1，-1，0.5）

线性时不变滤波器的频率域滤波机理更容易理解，即对输入信号中的不同频率成分用不同的权系数值相乘，结果组成输出信号的频谱。

利用Z变换的形式表示数字滤波的作用十分方便。若输入（xi）、输出（yi）和脉冲响应（hi）及其Z变换分别为

地震波场与地震勘探

用Z变换表示滤波过程则有：

Y（Z）＝X（Z）H（Z） （4-2-6）

从形式上看，它与频率域滤波作用一样，是乘积。从多项式相乘的运算来看，它又与时间域滤波的运算一样，是褶积运算。因此，它同时表示了两个域中的滤波作用，是一种十分方便的表达形式。

2.滤波器的稳定性和物理可实现性

当输入信号为有限，其输出信号也为有限时，这种滤波器就是稳定的。即：若存在一个正数L，使得输入信号x（t）满足|x（t）|≤L，也有一个正数M，使得输出信号y（t）满足条件|y（t）|≤M，则此滤波器是稳定的。

对滤波器的一个基本要求是“稳定”，不稳定的滤波器无法使用。

滤波器稳定的充要条件是：

地震波场与地震勘探

满足因果律（即输入之前不会产生输出）的滤波器称为物理可实现的。滤波器是物理可实现的充要条件是：

h（t）≡0 当 t ＜ 0时 （4-2-8）

物理滤波器（包括电滤波器）都是物理可实现的，数字滤波器则不然。

对于Z变换为多项式的滤波器来说，分析其稳定性和物理可实现性比较方便。Z变换为有理分式的滤波器（例如A（Z）＝1/B（Z））则比较复杂，只有求出其分母多项式的全部根才能做出判断：当所有的根均不在单位圆（|Z|＝1）上时，这个滤波器是稳定的；当所有的根都在单位圆外时，这个滤波器是物理可实现的。

3.滤波器的分类

可以有多种方式对滤波器进行分类。按滤波器的性质（即响应函数）划分，可分为

1）无畸变滤波器。

振幅特性为常数，相位特性是线性的滤波器称为无畸变滤波器。这种滤波器不改变输入信号的波形，它的频率响应为

，其中a0、t0均为常数，故：

地震波场与地震勘探

2）相位畸变滤波器（纯相位滤波器、全通滤波器）

它只改变输入信号的相位谱，振幅谱形状不变。其振幅特性为常数|H（ω）|＝a0，但相位特性不是线性的。

3）振幅畸变滤波器

这种滤波器的振幅特性|H（ω）|不是常数，而且实际工作中总是希望滤波时不使信号产生相位畸变或相位移。这样的滤波器叫做零相位滤波器，即ϕh（ω）＝0，H（ω）＝|H（ω）|。

因为H（ω）＝|H（ω）|，而|H（ω）|≥0，故H（ω）必为非负的实函数。

又因为输入、输出均为实时间函数，故h（t）也必定是实时间函数。由傅里叶变换性质可知，实时间函数的频谱具有共轭性质，即

。因H（ω）本身是实函数，实函数的共轭为其自身，即

，故有H（ω）＝H（-ω），说明H（ω）是偶函数。

因此，零相位滤波器的频率响应函数H（ω）是非负的实偶函数。

由傅里叶变换的性质可知，非负的实偶函数H（ω）所对应的时间函数h（t）必为实偶函数，即h（t）＝h（-t）。因此，零相位滤波器必定为物理不可实现的滤波器。

电滤波器是物理可实现的，绝不可能成为零相位滤波器。所以，电滤波器必定会使信号发生相位畸变，这正是它的缺点之一，而数字滤波可以实现零相滤波。

4.子波的相位延迟性质

信号处理中定义具有确定的起始时间和有限能量的信号为子波。一个稳定的滤波器的脉冲响应h（t）一般是一个具有确定的起始时间和有限能量的信号，亦可以看成为是一个子波。由此可见，子波的概念与滤波器的特性密切相关。有关子波性质的分析、分类方式等问题的讨论完全可以用于滤波器的脉冲响应上，反之亦然。

地震勘探领域中子波指的是通常由一个半到二个周期组成的地震脉冲。前已谈过，从广义上讲，任何一个过程均可以称为“滤波”。地震勘探中往往将地下非完全弹性介质对震源脉冲的改造作用称为“大地滤波”，大地滤波器的脉冲响应就称为“子波”或“地震子波”。

有关子波的性质中，最具重要意义的是其相位延迟性质。

在频率域中，子波 b（t）可以通过傅里叶变换表示成它的振幅谱|B（ω）|和相位谱φ（ω）。如果采用负的相位谱ψ（ω），则叫做相位延迟谱。即

地震波场与地震勘探

相位延迟谱的大小代表了子波的相位延迟性质。

子波的起始时刻通常是零时刻，即子波一般是物理可实现的。特别是地震子波，作为一个物理滤波器的响应函数，自然是物理可实现的。正如前述，物理可实现的子波必定是非零相子波，必有相位延迟，但不同子波的相位延迟不同。相位延迟性质对于具有相同振幅谱的子波的分类具有重要的意义。

图4-2-2 Z平面上零点位置指示子波延迟性质

在所有物理可实现的、具有相同振幅谱的子波中，总有一个子波的相位延迟谱相对于其他子波的相位延迟谱而言为最小，这个子波称为最小相位子波。同样，还有一个子波的相位延迟谱相对来说最大，称为最大相位子波。其他子波都是混合相位子波。

利用Z变换可以方便地判断子波的相位延迟性质。子波（b0，b1，…，bn）的Z变换是一个多项式：B （Z）＝b0＋b1Z＋b2Z2＋…＋BnZn。对此多项式求取全部零点（即根）。若全部零点均在单位圆外，则此子波为最小相位子波；若全部零点都在单位圆内，则是最大相位子波；如果零点在单位圆的内、外都有，则这个子波就是混合相位子波（图4-2-2）。

带通滤波器的上下限频率的上下限频率是如何确定的

一般是以中心频率为标准，当通过率只为中心频率的二分之一根号值时为界限吧。

滤波器是什么意思？

滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。为帮助大家深入了解，本文Ameya360将对滤波器的主要参数、原理及选型的相关知识予以汇总。

1、低通滤波器从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。

2、高通滤波器与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。

3、带通滤波器它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。

4、带阻滤波旦空孙器与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。

5、低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器，例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。

滤波器的主要参数、原理及选型技巧滤波器的主要参数中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。

截止频率（Cutoff Frequency）：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。

通带带宽：指需要通过的频谱宽度，BW=（f2-f1）。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。

插入损耗（Insertion Loss）：由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗，以中心或截止频率处损耗表征，如要求全带内插损需强调。

纹波（Ripple）：指1dB或3dB带宽（截止频率）范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰值。

带内波动（Passband Ripple）：通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。

带内驻波比（VSWR）：衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1：1，失配时VSWR 大于1。对于一个实际的滤波器而言，满足VSWR小于1.5：1的带宽一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。

回波损耗（Return Loss）：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝（dB）数，也等于20Log10ρ，ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。

阻带抑制度：衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法：一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB，计算方法为fs处衰减量；另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数（KxdB大于1），KxdB=BWxdB/BW3dB，（X可为40dB、30dB、20dB等）。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1，制作难度当然也就越大。

延迟（Td）：指信号模链通过滤波器所需要的时间，数值上为传输相位函数对角频率的导数，即Td=df/dv。

带内相位线性度：该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。

滤波器的选型技巧1.在选定了滤亏大波器之前，应该对仪器的EMI、EMS指标进行测试，根据仪器的指标再来选择匹配的滤波器。

2.要求电磁干扰滤波器在相应工作频段范围内，能满足负载要求的衰减特性，若一种滤波器衰减量不能满足要求时，则可采用多级联，可以获得比单级更高的衰减，不同的滤波器级联，可以获得在宽频带内良好衰减特性。

3.要满足负载电路工作频率和需抑制频率的要求，如果要抑制的频率和有用信号频率非常接近时，则需要频率特性非常陡峭的滤波器，才能满足把抑制的干扰频率滤掉，只允许通过有用频率信号的要求。

4.在所要求的频率上，滤波器的阻抗必须与它连接的干扰源阻抗和负载阻抗相匹配，如果负载是高阻抗，则滤波器的输出阻抗应为低阻;如果电源或干扰源阻抗是低阻抗，则滤波器的输出阻抗应为高阻;如果电源阻抗或干扰源阻抗是未知的或者是在一个很大的范围内变化，很难得到稳定的滤波特性，为了获得滤波器具有良好的比较稳定的滤波特性，可以在滤波器输入和输出端，同时并接一个固定电阻。

5.滤波器必须具有一定耐压能力，要根据电源和干扰源的额定电压来选择滤波器，使它具有足够高的额定电压，以保证在所有预期工作的条件下都能可靠地工作，能够经受输入瞬时高压的冲击。

6.滤波器允许通过应与电路中连续运行的额定电流一致。如果额定电流高了，会加大滤波器的体积和重量;如果额定电流低了，又会降低滤波器的可靠性。

7.滤波器应具有足够的机械强度，结构简单、重量轻、体积小、按装方便，安全可靠.

8.滤波器8分定制、2分通用才算比较靠谱，从市面上买来的通用滤波器有可能不是很匹配。

9.最好是使用满足安全认证的滤波器。这些滤波器的安全性、可靠性、温度范围、额定电压和电流以及恰当的安全标准的应用均业已由厂家认证通过。

以上就是Ameya360关于滤波器的主要参数、原理及选型技巧的相关内容介绍，希望可以为您提供一些参考!

滤波器对上游电路影响

滤波器对指伍上游电路的影响主要有以下几个方面：

1. 抑制干扰信号：滤波器能够对上游电路中的干扰信号进行抑制，避核搜免它们对下游电路产生负面影响，提高整个系统的可靠性。

2. 保护后级设备：滤波器可以防止过高的电压、电流等信号送入改逗历下游电路中，保护后级设备免受损坏。

3. 改善信号质量：滤波器能去除上游电路中的杂波和干扰，提高信号的纯度和稳定性，使下游设备得以更好地处理原始信号。

需要注意的是，在设计和应用滤波器时，需要根据具体情况选择合适的类型、参数等，并对其影响进行充分评估和测试。

滤波器是什么原理?

滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允盯陆许有用信号的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。其基本原理有饥指三种：

(1)利用电容通高频隔低频的特性，将火线、零线高频干扰电流导入地线(共模)，或将火线高频干扰电流导入零线(差模);

(2)利用电感线圈的阻抗特性，将高频干扰电流反射回干扰源;

(3)利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性，针对某干扰凯肢顷信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可。

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