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帶通濾波器的原理,帶通濾波器電路圖介紹
在信號(hào)處理與通信系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域，帶通濾波器扮演著關(guān)鍵角色。它能夠精準(zhǔn)地讓特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)分量順暢通過，與此同時(shí)，將超出該頻率范圍的其他信號(hào)分量大幅衰減，以此達(dá)到提取特定頻率信號(hào)成分的目的。

一、工作原理

帶通濾波器巧妙融合了低通濾波器與高通濾波器的工作特性。一般而言，它可通過組合低通濾波器與高通濾波器來構(gòu)成，當(dāng)然也可借助其他技術(shù)手段達(dá)成對(duì)特定頻率范圍的濾波功效。在信號(hào)穿行于帶通濾波器之時(shí)，唯有處于濾波器通帶內(nèi)的信號(hào)分量可得以良好地透過，而通帶之外的信號(hào)分量則會(huì)遭受削弱或阻遏。

二、常見類型

帶通濾波器涵蓋多種類型，像RLC振蕩回路以及LC諧振電路等。不同類型的帶通濾波器在設(shè)計(jì)構(gòu)造上有所差異，但都具備帶通濾波的共性。其中，RLC振蕩回路屬于模擬帶通濾波器范疇，經(jīng)由電阻、電感和電容的搭配組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率范圍的濾波作用；而LC諧振電路則是憑借電感和電容的諧振屬性來達(dá)成帶通濾波功能。

三、帶通濾波器（RC）設(shè)計(jì)要點(diǎn)

無源帶通濾波器（RC）旨在允許特定頻率信號(hào)通過，攔截其余信號(hào)。

將其構(gòu)建為高通濾波器與低通濾波器的連接組合，此時(shí)需精準(zhǔn)計(jì)算較低截止頻率與較高截止頻率。

通常，F(xiàn)LC用于標(biāo)識(shí)較低截止頻率計(jì)算，F(xiàn)HC則對(duì)應(yīng)較高截止頻率計(jì)算。上述三種無源濾波器可運(yùn)用電阻和電容元件來打造，另外，采用電阻和電感元件同樣能夠設(shè)計(jì)出相應(yīng)的濾波器。

四、電路設(shè)計(jì)與仿真

以下是帶通濾波器的電路原理圖。

可運(yùn)用Proteus軟件搭建該電路，進(jìn)而開展仿真分析。需要指出的是，此前提及的FilterPro生成的濾波器中的運(yùn)放采用理想運(yùn)放模型，所以在仿真時(shí)，應(yīng)先以理想運(yùn)放展開分析，后續(xù)再予以替換。

在運(yùn)放的選用上，本設(shè)計(jì)青睞于TI公司常見的通用雙放LM358。LM358包含兩個(gè)具備高增益、獨(dú)立且內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，能夠適配很寬電壓范圍的單電源，同樣也適用于雙電源工作模式。它具有低輸入偏置電流、低輸入失調(diào)電壓與失調(diào)電流等優(yōu)點(diǎn)，共模輸入電壓范圍較寬，差模輸入電壓范圍等同于電源電壓范圍。單電源供電電壓在3-32V之間，雙電源供電±1.5-±16V，單位增益帶寬達(dá)1MHz，契合常規(guī)帶通濾波器的設(shè)計(jì)需求，還具備低功耗特性。若要設(shè)計(jì)階數(shù)相對(duì)較高的帶通濾波器，可選擇TI的四運(yùn)放LM324，其性能與LM358基本相當(dāng)，能夠節(jié)省空間。

對(duì)于運(yùn)放的要求，本設(shè)計(jì)并無過高特殊標(biāo)準(zhǔn)，只要運(yùn)放的頻率足以滿足低通截止頻率即可。不過，如果對(duì)精確度有較高追求，那么首先應(yīng)確保運(yùn)放的供電電壓保持穩(wěn)定，或者挑選精密運(yùn)放，例如TLC274A，否則選用通用運(yùn)放即可，像推薦的TI的LM224四運(yùn)放。

五、巴特沃斯帶通濾波器特性

巴特沃斯帶通濾波器在通帶內(nèi)展現(xiàn)出最平坦的幅度特性，然而從通帶過渡到阻帶時(shí)衰減速度相對(duì)較慢。倘若對(duì)過渡帶性能要求稍高，可以通過增加階數(shù)來優(yōu)化，反之，則可考慮采用切比雪夫?yàn)V波電路。