滤波器设计,滤波器

本篇文章给大家谈谈滤波器，以及滤波器设计对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。

本文目录一览：

• 1、滤波器起什么作用？滤波器的类型
• 2、什么是滤波器！滤波器有什么作用啊
• 3、滤波器的分类？
• 4、常见滤波器的类型都有哪几种
• 5、滤波器的基本概念

滤波器起什么作用？滤波器的类型

滤波器对不同频率的信号有不同的作用：在通带内使信号受到很小的衰减而通过；在通带与阻带之间的一段过渡带使信号受到不同程度的衰减；在阻带内使信号受到很大的衰减而起到抑制作用。按照滤波器的三种频带在全频带中分布位置的不同，滤波器可分为以下四种基本类型：低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器。除此之外，还有一种滤波器——全通滤波器，各种频率的信号都能通过，但通过以后不同频率信号的相位有不同的变化，实际上全通滤波器是一种移相器。滤波器的类型根据组成电路的不同，滤波器还可分为：LC无源滤波器、RC无源滤波器、特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器。LC无源滤波器：由电感和电容构成，具有良好的频率选择特性，并且信号能量损失小、噪声低、灵敏度低。缺点：电感元件体积大不便于集成化、在低频和超低频范围内品质因数低（频率选择性差）。RC无源滤波器：与LC无源滤波器相比，用电阻取代了电感，解决了体积大的缺陷，但此类滤波器的频率选择特性比较差，一般只用作低性能的滤波器。特殊元件构成的无源滤波器：这类滤波器诸如：机械滤波器、压电陶瓷滤波器、晶体滤波器等。工作原理一般是通过电能与机械能或分子振动的动能间的相互转换，并与器件固有频率谐振实现频率的选择，多用作频率选择性能很高的带通或者带阻滤波器。优点：品质因数可达千万至数万、稳定性很高，可实现其他类型滤波器无法实现的特性。缺点：种类有限、调整不方便，一般仅用于某些特殊场合。RC有源滤波器：该类型的滤波器克服了RC无源滤波器中电阻元件消耗信号功率的缺陷，在电路中引入具有能量放大作用的有源器件如：电子管、晶体管、运算放大器等有源器件，能够弥补损失的能量，使RC滤波器既具有了像LC滤波器一样的良好频率选择特性，又具有体积小、便于集成的优点

什么是滤波器！滤波器有什么作用啊

滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率

。

音响等电路用来消除杂音

滤波器的分类？

用来消除干扰杂讯的器件,将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电。

滤波器的种类很多，分类方法也不同。

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1.从功能上分；低、带、高、带阻。

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2.从实现方法上分:fir、iir

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3.从设计方法上来分：chebyshev(切比雪夫）,butterworth（巴特沃斯）

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4.从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器

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等等。

常见滤波器的类型都有哪几种

滤波器的常见种类：数字滤波器、低通滤波器、带通滤波器、模拟滤波器、声表面波滤波器、介质滤波器、有源电力滤波器

1、数字滤波器

与模拟滤波器相对应，在离散系统中广泛应用数字滤波器。它的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形或频率进行加工处理。或者说，把输入信号变成一定的输出信号，从而达到改变信号频谱的目的。

数字滤波器一般可以用两种方法来实现：一种方法是用数字硬件装配成一台专门的设备，这种设备称为数字信号处理机；另一种方法就是直接利用通用计算机，将所需要的运算编成程序让通用计算机来完成，即利用计算机软件来实现。

2、低通滤波器

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、保证音质的最佳选择。此外高通滤波器常常和低通滤波器成对出现，不论哪一种，都是为了把一定的声音频率送到应该去的单元。

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

对于不同滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度不同。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它领域如金融领域中移动平均数所起的作用；

低通滤波器有很多种，其中，最通用的就是巴特沃斯滤波器。

3、带通滤波器

（1）带通滤波器的工作原理：

一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦—开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。

除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。

在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。

（2）带通滤波器的应用区域：

许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率 ，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1，品质因数 ，3dB带宽B=1/（п*R3*C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/（2пfoAoC），R2=Q/（（2Q2-Ao）*2пfoC），R3=2Q/（2пfoC）。上式中，当fo=1KHz时，C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频放大。 有源带通滤波器电路，此电路亦可使用单电源

4、模拟滤波器

模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。例如：带通滤波器用作频谱分析仪中的选频装置；低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波；高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声；带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器，等等。

用于频谱分析装置中的带通滤波器，可根据中心频率与带宽之问的数值关系，分为两种：

一种是带宽B不随中心频率人而变化，称为恒带宽带通滤波器，其中心频率处在任何频段上时，带宽都相同；

另一种是带宽B与中心频率人的比值是不变的，称为恒带宽比带通滤波器，其中心频率越高，带宽也越宽。

5、声表面波滤波器

声表面波是指声波在弹性体表面的传播，这个波被称为弹性声表面波。声表面波的传播速度比电磁波的速度约小10万倍。声表面波滤波器是采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件，广泛应用于电视机及录像机中频电路中，以取代LC中频滤波器，使图像、声音的质量大大提高。

SAW 声表滤波器、声表谐振器，是在压电基片材料表面产生并传播、且其振幅随深入基片本材料的深度增加而迅速减少的的弹性波。声表面波（SAW）是传播于压电晶体表面的机械波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。

SAW 声表器件是在压电基片上采用微电子工艺技术制作叉指形电声换能器和反射器耦合器等，利用基片材料的压电效应，通过输入叉指换能器（IDT）将电信号转换成声信号，并局限在基片表面传播，输出IDT将声信号恢复成电信号，实现电-声-电的变换过程，完成电信号处理过程，获得各种用途的电子器件。

采用了先进微电子加工技术制造的声表面波器件，具有体积小、重量轻、可靠性高、一致性好、多功能以及设计灵活等优点。

6、介质滤波器

介质滤波器利用介质陶瓷材料的低损耗、高介电常数、频率温度系数和热膨胀系数小、可承受高功率等特点设计制作的，由数个长型谐振器纵向多级串联或并联的梯形线路构成。

其特点是插入损耗小、耐功率性好、带宽窄，特别适合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，便携电话、汽车电话、无线耳机、无线麦克风、无线电台、无绳电话以及一体化收发双工器等的级向耦合滤波。

7、有源电力滤波器

有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿，可以弥补无源滤波器的缺点，获得比无源滤波器更好的补偿特性，是一种理想的补偿谐波装置。

早在70年代，有源电力滤波器的基本原理和主电路拓扑结构就已被确定，但由于受当时的技术条件限制，未能使有源电力滤波器得以实施。进入80年代后，新型电力电子器件的出现、PWM控制技术的发展以及瞬时无功功率理论的提出，极大地促进了有源电力滤波器技术的发展。

国外已开始在工业和民用设备上广泛使用有源电力滤波器，并且单机装置的容量逐步提高，其应用领域从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统供电质量的方向发展。

扩展资料：

板上滤波器虽然对高频的滤波效果不理想，但是如果应用得当，可以满足大部分民用产品电磁兼容的要求。在使用时要注意以下事项：

1、“干净地”：如果决定使用板上滤波器，在布线时就要注意在电缆端口处留出一块“干净地”，滤波器和连接器都安装在“干净地”上。通过前面的讨论，可知信号地线上的干扰是十分严重的。如果直接将电缆的滤波电容连接到这种地线上，会造成严重的共模辐射问题。

为了取得较好的滤波效果，必须准备一块干净地。并与信号地只能在一点连接起来，这个流通点称为“桥”，所有信号线都从桥上通过，以减小信号环路面积。

2、并排设置：同一组电缆内的所有导线的未滤波部分在—起，已滤波部分在一起。否则，一根导线的耒滤波部分会将另一根导线的已滤波部分重新污染9使电缆整体滤波失效。

3、靠近电缆：滤波器与面板之间的导线的距离应尽量短。必要时，使用金属板遮挡一下，隔离近场干扰。

4、与机箱接：安装滤波器的干诤地要与金属机箱可靠地搭接起来，如果机箱不是金属的，就在线路板下方设置一块较大的金属板来作为滤波地。干净地与金属机箱之间的搭接要保证很低的射频阻抗。如有必要，可以使用电磁密封衬垫搭接，增加搭接面积，减小射频阻抗。

5、接地线短：考虑到引脚的电感效应，其重要性前面已讨沦，滤波器的局部布线和设计线路板与机箱（金属板）的连接结构时要特别注意

参考资料：百度百科-滤波器

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）。

关于滤波器和滤波器设计的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。