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(带阻滤波器)?

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并允许在该范围之外的频率。缺口滤波器消除窄带的频带的传输，并允许在该频段上方和下方的所有频率传输。由于它消除了频率，因此它也称为带消除滤波器。

一个陷波滤波器基本上是带窄的阻带和两个通带的带停止滤波器。如在带通在这种情况下，带阻滤波器可以是宽带滤波器，也可以是窄带滤波器。

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直流到100 MHz和200 MHz以上的频率，它将只拒绝100 MHz到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)及以上的截止频率(f_H），并拒绝带宽区域中的所有频率i.e.，bw = f_H-F_l．

检测和滤波窄带信号在存在噪声的情况下是重要的应用信号处理技术．在许多应用中，有必要在不改变的情况下移除窄带信号乐队能量．这可以通过通过凹口滤波器传递信号来实现。

陷波滤波电路

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。

陷波器电路的上部是无源的钢筋混凝土低通滤波器．这部分包括两个电阻R₁, R₂,电容器C₁以't'配置的形式。该滤波器将允许具有低于更高截止频率的频率的信号（F._H）。

陷波器电路的下部是一个无源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'配置的形式。该滤波器将允许具有高于较低截止频率的频率的信号（F._l）。两个'T'配置的这种组合通常称为“双T”滤波器。

缺口滤波器的典型配置和频率响应如下图所示。

陷波滤波器类型

设计了许多类型的陷波滤波器电路。让我们详细解释主要类型的过滤电路。

有源陷波滤波器

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

有源陷波器的电路图分为三部分。上面是an有效低通滤波器（LPF）这与一个平行主动高通滤波器（HPF）．电路的第三也是最后一部分是放大部分，运放用于放大。最后的运放级是a求和放大器或OP-AMP加法器这就像一个夏天。有源陷波器的电路图如下图所示。

这里，低通滤波器的高频截止为

$\ begin {对齐*} f_l = \ frac {1} {2 \ pi r_1c_1} \ neg {align *}$

而高通滤波器的低频截止为

${对齐*}f_H = \ \开始压裂{1}{2 \πR_2C_2} \{对齐*}结束$

被动的陷波滤波器

无源滤波器仅包括诸如电阻的无源元件，电感器和电容器，它不使用任何活动组件，例如OP-AMP进行放大。因此，放大部分在被动陷波滤波器中不存在。

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。

无源陷波滤波器电路的上部是与无源高通滤波器并联的被动低通滤波器。

光学槽滤波器

陷波滤波器是光学滤波器，其在发送所有其他波长的同时选择性地拒绝频谱的一部分。它可以设计用于各种抑制水平，通常在光密度方面。

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器件时，光将在各种波长下衰减，并且通过干涉光通过其通过的介质过滤。光学缺口过滤器通过不置换或最小衰减的光的波长。

光学陷波滤波器用于激光基于拉曼光谱，激光荧光，以及其他生物医学和生命科学应用。

RLC Notch滤波器

顾名思义rlc.，此陷波滤波器或BandStop过滤器包含被动的元素电阻、电感和电容。因此，它也被称为无源陷波滤波器。RLC陷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，L和C串联的等效阻抗为:

$\开始{对齐*}\{分裂}开始Z = j (X_L - X_C) \ \, Z \ω\ \ | | = \ sqrt {(X_L X_C) ^ 2} \ \ \ω\最终结束{分裂}\{对齐*}$

现在，网阻抗电路的表达式是，

$\开始{对齐*}\{分裂}开始Z_T_o_t_a_l = R + j (X_L - X_C) \ \, Z \ω\ \ | | = \√6 {R ^ 2 + (X_L - X_C) ^ 2} \ \ \ω\最终结束{分裂}\{对齐*}$

现在,应用基尔霍夫电压定律在循环A-B-C-D到RLC Notch滤波器的等效电路，我们得到了，

${对齐*}\ \开始开始{分裂}V_0 = V_i * \压裂{Z | |} {Z_T_o_t_a_l} \ \ V_0 = V_i * \压裂{(X_L-X_C) ^ 2}{\√6 {R ^ 2 + (X_L - X_C) ^ 2}} \{分裂}\{对齐*}结束结束$

现在，在系列共鸣条件下，谐振频率由

${对齐*}f_r = \ \开始压裂{1}{2 \π\√{LC}}{对齐*}\结束$

和品质因数是由,

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

在那里, $\ omega_r.$ =带宽= $\压裂{f_r} {Q}$

尽管， $f_l =（f_r - \ frac {bw} {2}）Hz$ 最低截止频率是多少

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

RLC型陷波器也可以利用下图所示的电路来制作。

rf notch滤波器

窄槽滤波器是RF Notch滤波器，其可用于在功率放大器的非线性测量期间拒绝载波频率。

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广播信号是非常强的，它可以阻止SDR(软件定义无线电)处理微弱的信号。FM陷波滤波器对于特别提款权应用是非常有用的。因此，调频信号首先通过陷波器滤波器，然后它被给予SDR USB。

巴特沃斯陷波滤波器

一个Butterworth.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。

理想的陷波器拒绝某些范围的频率而不失真，并通过所有其他频率。但在一些应用中，简单的陷波滤波器由于低信噪比而不能准确可靠。在这种情况下，使用巴特沃斯陷波器来增加精度和可靠性。

例如，在ECG（心电图）通常干扰的声音是电力线干扰，仪器噪声，外部磁场干扰，由于随机的身体运动，噪音和呼吸运动。这些噪声可以基于其频率内容来表征。

噪声的带宽与期望信号的带宽重叠，普通的滤波技术不能充分提高信噪比。因此，降低心电信号中的这些噪声是提高准确性和可靠性的必要措施。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。

陷波器设计实例

RLC型Notch滤波器是使用23 kHz和25 kHz的截止频率。认为电感L = 45 MH，设计RLC型陷波滤波器。

鉴于数据:f_l= 23 kHz，f_H= 25 kHz，L = 45 MH = 0.045小时

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

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

现在，在共振状态下，谐振频率由，

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

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

$\ begin {aligne *} \ begin {split}＆q = \ frac {\ omega_r l} {r} \\＆r = \ frac {\ omega_r l} {q} = \ frac {2 * \ pi * f *l} {q} \\＆\ \ \ frac {2 * \ pi * 24000 * 0.045} {12} \\＆r = 565.2 \ OMEGA \ END {split} \ end {alight *}$

因此，槽口滤波器的配置是

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

$\ begin {align *} h（s）= \ frac {（s ^ 2 + \ oomega_z ^ 2）} {s ^ 2 + \ frac {\ oomega_p} {q} s + \ oomega_p ^ 2} \ end {alight *}$

在那里, $\ omega_z.$ 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。 $Q = \frac{f_r}{f_H-f_L} = \frac{f_r}{BW}$

式中，BW为滤波器带宽。

陷波滤波器的特性有三种情况。即，标准凹口，低通凹口，以及高通凹口。零圆频率之间的关系 $\ omega_z.$ 以及极圆频率 $\ omega_p.$ 决定了陷波器的特性。

若极圆频率等于零圆频率，即: $\ omega_p = \ omega_z$ ，则滤波器是标准陷波型。
若极圆频率小于零圆频率，即: $\ omega_p.$ < $\ omega_z.$ ，则滤波器为低通陷波型。
如果极圆频率大于零圆频率，即: $\ omega_p.$ > $\ omega_z.$ ，则滤波器为高通陷波型。

陷波滤波器的应用程序

陷波滤波器的一些应用包括：

陷波滤波器通常用于通信系统，仪表和控制系统和生物医学领域，以消除50/60 Hz电力线干扰。
陷波滤波器或带阻滤波器广泛应用于电子和通信电路中，以抑制不需要的频率频带，并允许以最小的损耗传输其他频率。
开关类型的交流＆直流电机驱动，转换器,逆变器导致某些内心障碍谐波线路频率的。陷波器的使用消除了这种不必要的干扰，并使测量准确。
这是非常优选的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。噪音或嗡嗡声。
它用于电话技术，DSL和其他互联网服务作为线路降噪器，以减少不必要的干扰。请注意，DSL是数字用户线，用于通过电话线传输数字信息。
它被用于吉他放大器、乐器放大器、原声吉他、曼陀林、低音乐器放大器和PA系统中，以减少在乐器被插入后可能产生的特定嗡嗡声。请注意，PA(公共广播)系统是一个电子系统，包括麦克风，放大器，扩音器，和其他音乐设备。
它用于医疗领域的应用，如ECG(心电图)测量，以消除直流分量。