低通滤波器,英文为LPF(low-pass filter),是一种容许低于某一截至频率的信号分量通过,而对高于该截止频率以上的信号分量进行衰弱的电子滤波装置。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。低通滤波器有很多种,最通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。
电感阻止高频信号通过而允许低频信号通过,电容的特性却相反。信号能够通过电感的滤波器、或者通过电容连接到地的滤波器对于低频信号的衰减要比高频信号小,称为低通滤波器。
当使用在音频应用时,它有时被称为高频剪切滤波器, 或高音消除滤波器。低通滤波器是指车载功放中能够让低频信号通过而不让中、高频信号通过的电路,其作用是滤去音频信号中的中音和高音成分,增强低音成分以驱动扬声器的低音单元。由于车载功放大部分都是全频段功放,通常采用AB类放大设计,功率损耗比较大,所以滤除低频段的信号,只推动中高频扬声器是节省功率、保证音质的选择。
低通滤波器原理很简单,它就是利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频,利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过;对于需要放行的低频,利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。
低通滤波器概念有许多不同的形式,其中包括电子线路(如音频设备中使用的hiss滤波器)、平滑数据的数字算法、音障(acoustic barriers)、图像模糊处理等等,这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。
低通滤波器在信号处理中的作用等同于其他领域,如金融领域中移动平均数(moving average)所起的作用。
1.巴特沃斯滤波器
巴特沃斯滤波器是滤波器的一种设计分类,其采用的是巴特沃斯传递函数,有高通、低通、带通、带阻等多种滤波器类型。巴特沃斯滤波器在通频带内外都有平稳的幅频特性,但有较长的过渡带,在过渡带上很容易造成失真。
四阶巴特沃斯低通滤波器
2.切比雪夫滤波器
切比雪夫滤波器也是滤波器的一种设计分类,其采用的是切比雪夫传递汗水,也有高通、低通、带通、高通、带阻等多种滤波器类型。同巴特沃斯滤波器相比,切比雪夫滤波器的过渡带很窄,但内部的幅频特性却很不稳定。
1.通带增益Avp
通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数,如图所示。性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的,阻带内的电压放大倍数基本为零。
2.通带截止频率fp
其定义与放大电路的上限截止频率相同,见图。通带与阻带之间称为过渡带,过渡带越窄,说明滤波器的选择性越好。
LPF的幅频特性曲线
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