低通濾波器是指車載功放中能夠讓低頻信號(hào)通過(guò)而不讓中、高頻信號(hào)通過(guò)的電路,其作用是濾去音頻信號(hào)中的中音和高音成分,增強(qiáng)低音成分以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的低音單元。由于車載功放大部分都是全頻段功放,通常采用AB 類放大設(shè)計(jì),功率損耗比較大,所以濾除低頻段的信號(hào),只推動(dòng)中高頻揚(yáng)聲器是節(jié)省功率、保證音質(zhì)的選擇。此外高通濾波器常常和低通濾波器成對(duì)出現(xiàn),不論哪一種,都是為了把一定的聲音頻率送到應(yīng)該去的單元。
特點(diǎn):低損耗高抑制;分割點(diǎn)準(zhǔn)確;雙銅管保護(hù);頻蔽好防水功能強(qiáng)。
用途:產(chǎn)品用途廣泛,使用于很多通訊系統(tǒng),如 CATV EOC 等系統(tǒng)。并能有效的除掉通頻帶以外的信號(hào)和多余的頻段、頻率的干擾。
如下圖所示為10MHz低通濾波器。
此低通濾波器利用帶寬高達(dá)100MHz的高速電流反饋集成運(yùn)放0PA603組成二階巴特沃思低通濾波器灘圖中R1=R2=159Ω ,C1=C2=100pF,其截止頻率為fc=1/2πR1C1=10MHz,其零頻增益為G0=1+Rf/R=1.6.
“由OP放大器構(gòu)成的12DB/OCT低通濾波器”介紹的低通濾波器為保證獲得0.707的Q值而造成各電容器的容量不一致,按計(jì)算的容量選取電容非常困難。本電路C1、C2的電容量相同,截止頻率一旦確定,即可選取CO=C1=C2的合適值,然后反算RO所需的阻值。
另一方面,為了獲得一定的Q值,使反饋放大器具有增益,但增益誤差又會(huì)引起Q值的改變。
電路工作原理
在本電路中,A=1時(shí),A=0.5,與無(wú)源濾波器無(wú)區(qū)別。當(dāng)A大于1時(shí),Q=1/(3-A),12DB/OCT的巴特沃次濾波器Q=0.707,A可假定為:A=3-(I/Q)1.585,根據(jù)R4=R3(A-1),當(dāng)R3=10K時(shí),R4可取5.85K,用5.1K和750歐串聯(lián)而成。
采用這種方式可具有A=1.585的通事增益,再用接在前級(jí)或后級(jí)的電路使其衰減為1/1.585。反饋電容C3的作用是抑制因OP放大器的輸入電容C1產(chǎn)生的尖峰。
截止頻率FL的設(shè)定雖然有一定的自由度,但是當(dāng)FL=100KHZ時(shí),若R0=10K,則CO≈160PF,OP放大器的輸入電容C1或寄生電容就會(huì)產(chǎn)生影響,所以CO必須從計(jì)算值中減少5~10PF。另外,OP放大器可換成單增益寬帶產(chǎn)品。
(a)給出的3階巴特沃茲低通濾波器歸一化延遲曲線,計(jì)算該濾波器經(jīng)頻率變換,3dB截止頻率為100 Hz時(shí),零頻率處的延遲及通帶內(nèi)延遲的變化。
圖 階低通濾波器的延遲
解 為了將曲線去歸一化,用2πrf.除延遲軸,用五乘頻率軸,其中fc=1O0Hz。結(jié)果曲線如圖(b)所示。零頻率處的延遲為3.2ms,在通帶內(nèi)延遲的變化是1.3ms。
低通濾波器在截止頻率以下的標(biāo)稱延遲可以用下式估算:
式中,T是以ms為單位的延遲;″是濾波器的階數(shù);五是以Hz為單位的3dB戳止頻率。作為近似估計(jì),式的精度在25%以內(nèi)。
�。�2)帶通濾波器的群延遲 當(dāng)一個(gè)低通濾波器變換為窄帶帶通濾波器時(shí),延遲也變換為關(guān)于中心頻率近似鏡像對(duì)稱的曲線。當(dāng)帶寬由窄帶變?yōu)閷拵r(shí),延遲曲線的對(duì)稱性被破壞,破壞程度近似地與濾波器帶寬成正比。
對(duì)于窄帶情況,帶通濾波器的延遲曲線可以用下列規(guī)則來(lái)估算:
�、贇w一化延遲曲線的時(shí)延軸除以πBW,其中BW是以Hz為單位的3dB帶寬。
�、陬l率軸乘以BW/2。
�、圩龀龅冖�、②步所得曲線的鏡像,就可以形成關(guān)于中心頻率對(duì)稱的延遲特性。全部的3dB帶寬就是BW。
1/s代替歸一化低通傳遞函數(shù)中的s,就可以獲得高通響應(yīng)。低通衰減值將出現(xiàn)在低通頻率倒數(shù)的高通頻率上。
在歸一化LC低通濾波器中,簡(jiǎn)單地把電容和電感互相替換,并且替換后的元件值為原來(lái)的倒數(shù),可以變換成相應(yīng)的高通濾波器。這可以表示為
信號(hào)源內(nèi)阻和端接電阻不受影響。
歸一化橢圓函數(shù)低通濾波器的傳輸零點(diǎn)在進(jìn)行高通變換時(shí),也會(huì)變?yōu)榈箶?shù)。即
為使高通濾波器中電感數(shù)量最少,通常選擇對(duì)偶低通電路進(jìn)行變換,但偶數(shù)階全極點(diǎn)濾波器除外,這種情況下兩種電路都可以使用。對(duì)橢圓函數(shù)高通濾波器,F(xiàn)ilter Solutions軟件可以提供歸一化截止頻率為lrad/s及1Ω端接阻抗的低通濾波器原型。這種情況下,使用對(duì)偶電路(無(wú)源濾波器2)。
低通到高通變換的目標(biāo)是從包含電感數(shù)量多于電容數(shù)量的低通濾波器原型開(kāi)始,這樣變換后的結(jié)果中電容數(shù)量多于電感。
低通到高通變換之后,要把歸一化的高通濾波器對(duì)要求的截止頻率進(jìn)行頻率和阻抗變換。
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