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高通滤波器也是微分器?

高工
2022-09-04 09:55:12     打赏
在数据采集领域,RC滤波器是最常见的信号调理电路。以前给大家介绍过RC低通滤波器,今天再介绍一下与之对应的RC高通滤波器。


二者结构对比,如下图所示:
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RC高通滤波器用于抑制低频干扰或噪声,仅仅一个电阻和电容就可以实现,其截止频率为Fc=1/(2πRC) Hz,允许高于Fc Hz的信号通过,而低于Fc Hz的信号不通过。一阶RC滤波器过渡带比较宽,信号不会衰减的那么剧烈,如果想要获得更窄的过度带,可以增加滤波器的阶数,这个以后会具体解析。
有人也会听过RC微分器,有求导的效果,它的结构和RC高通滤波器是完全一样的。那么,二者有什么区别呢?什么时候是高通滤波器?什么时候又是微分器呢?
1、高通滤波器
我们先来看一下高通滤波器,如下图所示,高通滤波器的电阻是33Ω,电容是500nF,计算得到截止频率为10KHz,截止频率就是增益为-3dB(放大倍数为0.707倍)的频点。直白点解释就是,频率为Fc Hz的信号,经过滤波器后,幅度变为原来的0.707倍。
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再让我们看下频域的响应曲线,在10KHz处,增益是-3dB,与前面的计算是一样的。
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再看下时域波形,红色是输入的1V 10Khz正弦信号,绿色输出是0.7V的正弦信号,信号变为原来的0.7倍,和前文的计算结果一致。
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如果信号频率降低,比如由10KHz上升到1Khz,那么受到高通的抑制作用,低频是很难通过的,只有高频信号能通过,1Khz的信号会被衰减的很严重。
下图中1V@1K Hz的输入,经过低通滤波后,只有100mV。
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2、三角波变方波
其实说到底,RC电路也就是个对电容充放电的过程。如果RC足够小时,高通电路就会起到近似于微分的作用,以1Khz三角波信号举栗子,红色信号是输入的三角波,蓝色信号是经过高通(微分)后的方波。
在三角波的上升沿时间内,对三角波求导(求微分)的结果是一个正数常数,对应蓝色就是一个高电平;而在三角波下降沿时间内,对三角波求导(求微分)的结果是一个负数常数,对应蓝色就是一个负电平,这就是高通微分电路的作用效果,可以把三角波变成方波。
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3、方波变窄脉冲
下面看下更极端的方波变脉冲波,红色是输入的方波,蓝色是输出的方波。在方波的上升沿对其求导的话,导数非常大(含有非常高频的成分),对应蓝色波形就是正窄脉冲;在方波的下降沿对其求导的话,导数非常小(含有非常高频的成分),对应蓝色波形就是负窄脉冲。
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如果加入运算放大器,构成有源低通滤波器,就是另一种玩法了,这里暂时不讨论。
硬件电路设计一定要严谨,要根据目标信号合理设置电路参数,避免达不到预期的效果。





关键词: 高通     滤波器     微分    

院士
2022-09-04 09:55:30     打赏
2楼
学习

院士
2022-09-04 09:55:40     打赏
3楼
谢谢

院士
2022-09-04 09:55:50     打赏
4楼
学习学习啦

专家
2022-09-04 10:01:38     打赏
5楼

感谢分享


高工
2022-09-04 10:15:57     打赏
6楼

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专家
2022-09-04 10:15:54     打赏
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专家
2022-09-04 12:23:35     打赏
8楼

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专家
2022-09-04 12:25:48     打赏
9楼

了解一下


专家
2022-09-04 13:12:53     打赏
10楼

感谢分享


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