陷波器(带阻):它是什么?(电路与设计)| Electrical4Umabetx官网

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什么是陷波滤波器（BandStop过滤器）？

陷波器(也称为带阻滤波器或拒绝滤波器)定义为在特定范围内拒绝或阻止频率传输的设备频率范围和允许频率超出这个范围。陷波器消除传输的一个窄带的频率，并允许传输的所有频率以上和以下这个频带。由于它消除频率，因此，它也被称为带消除滤波器。

陷波滤波器本质上是一个带阻滤波器，具有一个窄阻带和两个通带。就像在乐队通行证情况，带拒表过滤器可以是宽带或窄带。

如果滤波器是宽带的，就称为带阻滤波器，如果滤波器是窄带的，就称为陷波滤波器。带阻滤波器的特性恰好与带通滤波器的特性相反。因此，陷波器是带通滤波器的补充。

例如，如果一个陷波器的阻带频率从100 MHz到200 MHz，那么它将通过所有的信号DC.频率为100 MHz，200 MHz以上，它只会抑制100 MHz至200 MHz之间的频率。

因此，陷波器的功能是通过所有这些频率从零(直流)到更低截止频率(f_L.）和高于截止频率（f_H)，并剔除所有位于带宽区域内的频率，即BW= f_H- f_L.。

在噪声存在下的窄带信号的检测和过滤是重要的应用信号处理技术。在许多应用中，需要去掉窄带信号而不改变频带能量。这可以通过将信号通过陷波器来实现。

陷波滤波器电路

陷波器是低通滤波器和高通滤波器的组合，类似于带通滤波器的设计，但不同的是，我们将两个滤波器并联连接，而不是级联连接。陷波器的电路图如下图所示。

陷波滤波器电路的上部是无源的rc.低通滤波器。这部分包括两个部分电阻R.₁, R₂，和电容器C₁以T形的形式出现。该滤波器将允许频率低于较高截止频率(f_H)。

陷波滤波器电路的下部是无源RC高通滤波器。这部分包括两个电容器C₂C_3.,电阻R_3.也以T形的形式出现。该滤波器将允许频率高于较低截止频率(f_L.)。这种“T”配置的组合通常被称为“Twin-T”过滤器。

陷波器的典型配置和频率响应如下图所示。

陷波滤波器类型

有许多类型的陷波滤波器被设计出来。让我们详细解释滤波器电路的主要类型。

有效的陷波滤波器

有源陷波器是低通滤波器和高通滤波器的并行组合op-amp.作为一个放大元件，如下图所示。

有源陷波滤波器的电路图被分成三个部分。上部是一个有源低通滤波器哪个和an平行有源高通滤波器。电路的第三和最后一部分是用于扩增的OP-AMP的放大部分。最终的OP-AMP阶段是一个求和放大器或运算放大器加法器这是一个夏天。活动陷波滤波器的电路图如下图所示。

这里，低通滤波器的高频截止为

${对齐*}f_L = \ \开始压裂{1}{2 \πR_1C_1} \{对齐*}结束$

而高通滤波器的低频截止为

$\ begin {aligne *} f_h = \ frac {1} {2 \ pi r_2c_2} \ neg {align *}$

被动的陷波滤波器

无源滤波器仅由无源元件组成，如电阻、电感器它不使用任何有源元件，如运放进行放大。因此，在无源陷波滤波器中没有放大部分。

该无源陷波滤波器由无源低通滤波器和无源高通滤波器组成。无源陷波器的电路图如下图所示。

该无源陷波滤波器电路的上部是与该无源高通滤波器并联的无源低通滤波器。

光学陷波滤波器

陷波器是一种光学滤波器，它在传输所有其他波长的同时，选择性地拒绝光谱的一部分。它可以设计为不同的抑制水平，通常是在光学密度方面。

在光学系统中，特定波长的光被衍射光栅或色散棱镜选择性地重定向。在透射光栅和棱镜的情况下，通过物体的多色光将被重定向到波长，然后可以通过光学陷波器实现所需的波长。

在这种情况下，当使用具有真实材料的光学时，光将在各种波长上衰减，并被光线通过的介质的干涉过滤掉。光学陷波滤波器通过不变或衰减最小的光的波长。

光学槽滤波器用于激光基于拉曼光谱，基于激光的荧光和其他生物医学和生命科学应用。

RLC陷波滤波器

顾名思义RLC，此陷波滤波器或带阻滤波器包含被动元素电阻器，电感器和电容器。因此，它也被称为被动陷波滤波器。RLC Notch滤波器的电路图如下图所示。

RLC陷波器的分流元件是L和c的串联组合，输出通过电感和电容的串联组合。RLC陷波器的等效电路和特性如下图所示。

这里，给出L和C系列组合的等效阻抗

$\ begin {align *} \ begin {split} z = j（x_l - x_c）\，\，\ omega \\ | z |= \ sqrt {（x_l - x_c）^ 2} \，\，\ oomega \ end {split} \ end {align *}$

现在,网络阻抗电路由，

$\ begin {align *} \ begin {split} z_t_o_t_a_l = r + j（x_l - x_c）\，\，\ oomga \\ | z |= \ sqrt {r ^ 2 +（x_l - x_c）^ 2} \，\，\ \ oomega \ neg {split} \ neg {alight *}$

现在,应用基尔霍夫电压定律在环路a-b-c-d的RLC陷波滤波器的等效电路，我们得到，

$\ begin {align *} \ begin {split} v_0 = v_i * \ frac {| z |} {z_t_o_t_a_l} \\ v_0 = v_i * \ frac {（x_l-x_c）^ 2} {\ sqrt {r ^ 2 +（x_l - x_c）^ 2}}} \ end {split} \ end {align *}$

现在,在串联谐振条件下，谐振频率由

$\ begin {align *} f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {lc}} \ neg {align *}$

和Q系数是由,

${对齐*}Q = \ \开始压裂{\ omega_r L} {R} \{对齐*}结束$

在哪里， $\ omega_r$ =带宽= $\压裂{f_r} {Q}$

同时, $f_L = (f_r - \frac{BW}{2}) Hz$ 最低截止频率是多少

$f_h =（f_r + \ frac {bw} {2}）Hz$ 是最高截止频率。陷波器的特性如下图所示。

RLC型缺口滤波器也可以通过利用下图所示的电路来进行。

射频陷波滤波器

窄陷波滤波器是一种射频陷波滤波器，可用于功率放大器非线性测量时抑制载波频率。

一个LC电路陷波器是用来在射频域中抑制特定干扰频率的滤波器。LC电路陷波滤波器电路用于靠近发射机的无线电接收器，它会淹没所有其他信号。陷波器用于抑制来自发射机的信号。

FM广播信号非常强，它可以防止SDR（软件定义的无线电）处理弱信号。FM Notch过滤器对SDR应用非常有用。因此，FM信号首先通过凹口滤波器，然后给予SDR USB。

Butterworth Notch过滤器

一种巴特沃斯陷波器是一种特殊的信号处理滤波器，其设计目的是使频率响应在窄带内尽可能平坦。

一个理想的陷波滤波器拒绝某些范围的频率而没有失真，并通过所有其他频率。但在某些应用中，由于低信噪比，简单的陷波滤波器不准确可靠。在这些情况下，Butterworth的Notch滤波器用于增加准确性和可靠性。

例如,在心电图(心电图)常见干扰的噪声有电源线干扰、仪表噪声、外部噪声磁场干扰，随机身体运动产生的噪音，以及呼吸运动。这些噪声可以根据它们的频率内容来表征。

噪声的带宽与所需信号的带宽重叠，使得普通滤波技术不能充分提高信噪比。因此，必须在ECG信号中减少这些噪声以提高精度和可靠性。4.^TH.采用3 dB阻带的巴特沃斯阶陷波滤波器来降低50hz心电信号的电力线噪声干扰。

陷波过滤器设计示例

一个RLC类型陷波器工作的截止频率为23khz和25khz。假设电感L= 45mh，设计RLC型陷波滤波器。

给定数据：f_L.= 23 kHz, f_H=25 kHz, L=45 mH = 0.045 H

带宽(BW) = $f_H - f_L = (25-23) kHz = 2 kHz$
谐振频率

${对齐*}\ \开始开始{分裂}& f_r = f_H - \压裂{BW}{2} \ \ & = 25 * 10 ^ 3 - \压裂{2 * 10 ^ 3}{2}\ \ & = 25000 - 1000 \ \ & = 24 * 10 ^ 3 \ \ & f_r = 24 kHz \{分裂}\{对齐*}结束结束$

在共振条件下，共振频率由，

${对齐*}\ \开始开始{分裂}& f_r = \压裂{1}{2 \π\√{LC}} \ \ & 24 * 10 ^ 3 = \压裂{1}{2 * \π* \√{0.045 * C}} \ \ & C = 977 pF \{分裂}\{对齐*}结束结束$

质量因子（Q）= $\frac{f_r}{BW} = \frac{24000}{2000} = 12$
现在，

${对齐*}\ \开始开始{分裂}& Q = \压裂{\ omega_r L} {R} \ \ & R = \压裂{\ omega_r L} {Q} = \压裂{2 * \π* f * L}{问 } \\ & = \ 压裂{2 * \π* 24000 * 0.045}{12}\ \ & R = 565.2ω\ \{分裂}\{对齐*}结束结束$

因此，陷波滤波器配置是

R=565.2欧姆，L=45 mH, C=977 pF

因此，根据上述配置设计的陷波器如下图所示。

陷波滤波器传递函数

陷波器的传递函数由

$\{对齐*}开始H (s) = \压裂{(s ^ 2 + \ omega_z ^ 2)} {s ^ 2 + \压裂{\ omega_p} {Q} s + \ omega_p ^ 2} \{对齐*}结束$

在哪里， $\ omega_z$ 零圆是频率吗

$\ omega_p$ 是极圆频率吗

Q是质量因素。它是过滤器的选择性。 $q = \ frac {f_r} {f_h-f_l} = \ frac {f_r} {bw}$

其中，BW是过滤器的带宽。

陷波器的特性有三种情况。例如，一个标准陷波口，一个低通陷波口和一个高通陷波口。零圆频率之间的关系 $\ omega_z$ 和极圆频率 $\ omega_p$ 决定了陷波器的特性。

如果极圆频率等于零圆形频率，即， $\ omega_p = \ omega_z$ ，然后滤波器是标准的凹口型。
若极圆频率小于零圆频率，即: $\ omega_p$ < $\ omega_z$ ，然后过滤器是低通凹口型。
如果极圆频率大于零圆频率，即: $\ omega_p$ > $\ omega_z$ ，然后过滤器是高通凹口型。

陷波滤波器的应用程序

陷波器的一些应用包括:

Notch滤波器一般用于通信系统、仪器仪表和控制系统以及生物医学领域，用于消除50/ 60hz的电力线干扰。
Notch滤波器或BandStop过滤器广泛用于电子和通信电路中，以拒绝不需要的频率的频带，并允许以最小损耗传输其他频率。
切换类型AC.＆直流电机驱动器那转换器,逆变器在一定程度上引起正弦扰动谐波线路频率的。陷波器的使用消除了这种不必要的干扰，并使测量准确。
它在图像和信号处理拒绝不需要的频率，即噪音。
它用于音频信号处理，用于去除特定范围的不需要的频率，如噪音或嗡嗡声。
它被用于电话技术、DSL和其他互联网服务中，作为线路降噪器来减少不必要的干扰。请注意，DSL是数字用户线，用于通过电话线传输数字信息。
它用于吉他放大器，仪器放大器，声学吉他，曼陀林，低音仪器放大器和PA系统，以减少可能在仪器后产生的特定蜂鸣声。请注意，PA（公共地址）系统是一种电子系统，包括麦克风，放大器，扬声器和其他音乐设备。
它用于医疗领域应用，即在ECG（心电图）测量中，以消除DC分量。