低通滤波器的功能(如何调节低音炮的低通滤波器)
作为一个电子硬件工作者，怎么能不知道滤波器呢？那么到底什么是过滤呢？分享一篇科普文章~了解什么是RC低通滤波器，在哪里使用，可以帮助你更好地掌握实际高端电路设计 。本文将介绍滤波的概念，并详细说明RC低通滤波器的用途和特点 。
时域和频域
当你看示波器上的电信号时，你会看到一条线，显示电压随时间的变化 。在任何给定时间，信号只有一个电压值 。你在示波器上看到的是信号的时域表示 。
典型的示波器跟踪显示非常直观，但也有一定的局限性，因为它不直接显示信号的频率内容 。与时域表示相反，它是频域，其中一个时间只对应一个电压值 。频域表示(也称为频谱)通过识别同时存在的各种频率分量来传达关于信号的信息 。
以及正弦波和方波的时域表示(下图) 。
以及正弦波和方波的频域表示(下图) 。什么是过滤器？
滤波器是一种去除或“滤除”特定范围频率成分的电路 。换句话说，它把信号的频谱分成要通过的频率分量和要阻塞的频率分量 。
如果你没有太多的频域分析经验，你可能仍然不确定这些频率分量是什么，以及它们如何共存于不能同时具有多个电压值的信号中 。让我们看一个有助于澄清这个概念的简单例子 。
假设我们有一个由完美的5千赫正弦波组成的音频信号 。我们知道正弦波在时域是什么，在频域只能看到5 kHz的频率“峰值” 。现在假设我们激活一个500千赫的振荡器，将高频噪声引入音频信号 。
示波器上看到的信号仍然只是一个时刻都有值的电压序列，但信号看起来会不一样，因为它的时域变化现在必须反映5 kHz正弦波和高频噪声波动 。
然而，在频域中，正弦波和噪声是同时存在于该信号中的独立频率成分 。正弦波和噪声占据了信号频域表示的不同部分(如下图所示)，这意味着我们可以通过引导信号通过低频并阻断高频电路来滤除噪声 。
过滤器类型
根据滤波器频率响应的一般特性，可以将滤波器归为一大类 。如果滤波器通过低频，阻断高频，称为低通滤波器；如果它阻挡低频而通过高频，它就是一个高通滤波器 。还有只通过相对较窄频率范围的带通滤波器，以及只阻挡相对较窄频率范围的带阻滤波器 。
滤波器也可以根据用于实现电路的元件类型进行分类 。无源滤波器使用电阻、电容和电感 。这些元件没有提供放大的能力，因此无源滤波器只能维持或降低输入信号的幅度 。另一方面，有源滤波器不仅可以过滤信号，还可以施加增益，因为它包括晶体管或运算放大器等有源元件 。
这种有源低通滤波器基于流行的萨伦-基拓扑 。
本文将讨论无源低通滤波器的分析和设计 。这些电路在各种系统和应用中发挥着重要作用 。
RC低通滤波器
为了创建无源低通滤波器，我们需要将电阻元件与电抗元件相结合 。换句话说，我们需要一个由电阻和电容或电感组成的电路 。理论上，电阻电感低通拓扑在滤波能力上与阻容低通拓扑相当 。但实际上，电阻电容方案更为常见，因此本文的其余部分将重点讨论RC低通滤波器 。
RC低通滤波器 。
如图所示，RC低通响应可以通过将一个电阻与信号路径串联，将一个电容与负载并联来产生 。在图中，负载是单个元件，但在实际电路中，它可能更复杂，例如模数转换器、放大器或示波器的输入级，用于测量滤波器的响应 。
如果我们意识到电阻和电容组成一个频率相关的分压器，我们就可以直观地分析RC低通拓扑的滤波作用 。
重新绘制RC低通滤波器，使其看起来像一个分压器 。
当输入信号的频率较低时，电容的阻抗高于电阻的阻抗；因此，大部分输入电压会通过电容(以及与电容并联的负载)下降 。当输入频率较高时，电容的阻抗低于电阻的阻抗，这意味着电阻两端的电压降低，传递给负载的电压减少 。因此，低频通过，高频被阻挡 。
这种对RC低通函数的定性解释是重要的第一步，但当我们需要实际设计电路时，它并不是很有用，因为“高频”和“低频”这两个术语非常模糊 。工程师需要创造能通过和阻断特定频率的电路 。例如，在上述音频系统中，我们希望保持5kHz信号，抑制500kHz信号 。这意味着我们需要一个滤波器来从5千赫到500千赫转换到阻塞 。
截止频率
滤波器不引起显著衰减的频率范围称为通带，滤波器引起显著衰减的频率范围称为阻带 。模拟滤波器，如RC低通滤波器，总是从通带逐渐过渡到阻带 。这意味着不可能识别滤波器停止传输信号并开始阻塞信号的频率 。然而，工程师需要一种方便简洁的方法来总结滤波器的频率响应，这就是截止频率概念的作用所在 。
