滤波器的分类，最全滤波器分类及原理解析

很多朋友对滤波器的分类，最全滤波器分类及原理解析不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

滤波器是一种频率选择器件，它可以让信号中特定的频率成分通过，而使其他频率成分大大衰减。利用滤波器的这种频率选择功能，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。换句话说，任何可以通过信号中特定频率成分并极大地衰减或抑制其他频率成分的设备或系统都称为滤波器。过滤的概念

滤波是信号处理中的一个重要概念。滤波电路的作用是尽可能减少脉动DC电压中的交流分量，保持其DC分量，从而降低输出电压的纹波系数，使波形更加平滑。一般来说，过滤分为古典过滤和现代过滤。经典滤波是基于傅立叶分析和变换的工程概念。根据高等数学理论，任何满足一定条件的信号都可以看作是无限个正弦波的叠加。

换句话说，工程信号是不同频率的正弦波的线性叠加，组成信号的不同频率的正弦波称为信号的频率分量或谐波分量。只允许某一频率范围内的信号分量正常通过，而阻止其他频率分量通过的电路称为经典滤波器或滤波电路。

在经典滤波和现代滤波中，滤波器模型其实是一样的(硬件滤波器并没有很大的进步)，但是现代滤波也加入了很多数字滤波的概念。滤波电路原理

当流经电感的电流发生变化时，电感线圈中产生的感应电动势会阻止电流发生变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止了电流的增大，同时将一部分电能转化为磁场能量储存在电感中；当流过电感线圈的电流减小时，自感应电动势与电流同向，阻止了电流的减小，释放出储存的能量来补偿电流的减小。

因此，经过电感滤波后，不仅负载电流和电压的脉动减小，而且波形变得平滑，整流二极管的导通角增大。在线圈电感不变的情况下，负载电阻越小，输出电压的交流分量越小。只有使用RLL，才能获得更好的滤波效果。l越大，过滤效果越好。滤波器的作用1、分离有用信号和噪声，提高信号的抗干扰性和信噪比；2、滤除不感兴趣的频率成分，提高分析精度；

3、从复杂频率分量中分离单个频率分量。理想滤波器和实际滤波器理想滤波器使通带内信号的幅度和相位不失真，阻带内的频率成分衰减为零，因此通带和阻带之间有明显的分界线。例如，理想低通滤波器的频率响应函数为：实际滤波器

没有理想的滤波器，在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带应该没有严格的界限。通带和阻带之间有一个过渡带。过渡带的频率成分不会被完全抑制，只会有不同程度的衰减。当然过渡带越窄越好，也就是通带外的频率成分越快越多越好。因此，在设计实际滤波器时，我们总是通过各种方法，尽量使其接近理想滤波器。

从理想带通滤波器和实际带通滤波器的幅频特性图可以看出，理想滤波器的特性只需要用截止频率来描述，而实际滤波器的特性曲线没有明显的转折点，两个截止频率之间的幅频特性也是非常数，需要更多的参数来描述。1、纹波幅度d在一定的频率范围内，实际滤波器的幅频特性可能会有波动，纹波幅度d与幅频特性平均值A0相比越小越好，一般应远小于-3dB。2、截止频率fc

幅频特征值等于0.707A0对应的频率称为滤波器的截止频率。以A0为参考值，0.707A0对应-3dB点，即相对于A0衰减3dB。如果信号功率用信号幅度的平方来表示，对应的点正好是半功率点。带宽B和品质因数Q值

上截止频率和下截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽，或-3dB带宽，单位为Hz。带宽决定了滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。在电工技术中，q通常用来表示谐振电路的品质因数。

在二阶振荡中，Q值相当于谐振点的振幅增益系数，Q=1/2(——阻尼率)。对于带通滤波器，中心频率f0()与带宽b之比通常称为滤波器的品质因数q。例如，中心频率为500Hz的滤波器，如果其-3dB带宽为10Hz，则Q值为50。q值越大，滤波器的频率分辨率越高。4、倍频程选择性w

在两个截止频率之外，实际滤波器有一个过渡带，这个过渡带的幅频曲线的斜率表示幅频特性衰减的速度，决定了滤波器衰减带宽之外频率成分的能力。通常以八度选择性为特征。所谓倍频程选择性，是指上截止频率fc2和2fc2之间或下截止频率fc1和fc1/2之间的幅频特性衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量或倍频程衰减量，用dB/oct(倍频程)表示。

显然，衰减越快(即W值越大)，滤波器的选择性越好。远离截止频率的衰减率也可以用10个八度的衰减数来表示。也就是[db/10 oct]。5、滤波因子(或矩形系数)滤波因子是滤波器选择性的另一种表达方式，利用滤波器幅频特性的-60dB带宽与-3dB带宽之比来衡量滤波器的选择性。理想滤波器=1，普通滤波器=1-5。显然，越接近1，滤波器选择性越好。

滤波器的分类根据滤波器的频率选择功能，低通滤波器从0到f2具有平坦的幅频特性，可以让信号中f2以下的频率成分几乎不衰减地通过，而F2以上的频率成分则衰减很大。高通滤波器与低通滤波器相反，从频率f1~到，其幅频特性是平坦的。它使得信号中f1以上的频率成分几乎不衰减地通过，而f1以下的频率成分会被大大衰减。带通滤波器

它的通带在F1和F2之间。它允许信号中高于f1和低于f2的频率成分无衰减地通过，而其他成分被衰减。带阻滤波器与带通滤波器相反，其阻带在频率f1和f2之间。它衰减信号中高于f1和低于f2的频率成分，其他频率成分的信号几乎不衰减地通过。

低通滤波器和高通滤波器是滤波器最基本的两种形式，其他的滤波器可以分解成这两种，比如低通滤波器和高通滤波器串联就是带通滤波器，低通滤波器和高通滤波器并联就是带阻滤波器。低通滤波器和高通滤波器串联低通滤波器和高通滤波器并联巴特沃兹滤波器是根据“最佳逼近特性”标准进行分类的。

从幅频特性提出要求，不考虑相频特性。巴特沃兹滤波器具有最大平坦幅度特性，其幅频响应表达式为：切比雪夫滤波器也要求从幅频特性近似，其幅频响应表达式为：是决定通带纹波大小的系数，纹波的产生是因为实际滤波器网络中含有电抗元件；Tn是第一类切比雪夫多项式。

与巴特沃兹近似相比，这种特性虽然在通带内有波动，但进入阻带后n的同值衰减更陡，更接近理想情况。值越小，通带波动越小，截止频率点衰减的分贝值也越小，但进入阻带后衰减特性变化缓慢。

切比雪夫滤波器与巴特沃兹滤波器相比，切比雪夫滤波器通带内有纹波，过渡带又轻又陡。因此，当通带内不允许出现纹波时，最好使用巴特沃兹滤波器。从相频响应来看，巴特沃兹型优于切比雪夫型。从上面两张图的对比可以看出，前者的相频响应更接近于一条直线。贝塞尔滤波器

贝塞尔滤波器也称为最平均延迟或恒定延迟滤波器。它的相移与频率成正比，是线性关系。然而，由于其幅频特性较差，其应用往往受到限制。根据使用的元件，无源滤波器可分为无源滤波器和有源滤波器。无源滤波器是仅由无源元件组成的滤波器，利用电容和电感元件的电抗随频率变化的原理形成。这种滤波器的优点是：电路简单，无需DC电源，可靠性高；

缺点是：通带内信号有能量损失，负载效应明显，使用电感元件时容易引起电磁感应。当电感L较大时，滤波器的尺寸和重量较大，这在低频域是不合适的。有源滤波器有源滤波器由无源元件和有源器件组成。

这种滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损失，而且可以放大，负载效应不明显，多级之间的相互作用很小。用级联的简单方法很容易形成高阶滤波器，而且滤波器体积小，重量轻，不需要磁屏蔽。缺点是：通带范围受有源器件带宽的限制，需要DC供电，可靠性不如无源滤波器高，不适合高压、高频、大功率场合。

根据被处理信号分为模拟滤波器和数字滤波器的基本原理，数字滤波器的信号处理过程如图所示。其中模拟信号(连续信号)

必须利用抽样定理进行抽样。输入信号中的高频成分通过模拟低通滤波即抗混叠滤波器去除。然后，平滑的模拟信号被用于采样。另外，数模转换后的模拟信号要用平滑滤波器进行平滑，平滑滤波器可以用模拟低通滤波器来完成。

另外，数字通信中使用的数字均衡器也可以看作是数字滤波器，但数字信号直接由数字均衡器处理时，不再需要图中的A-D转换器和D-A转换器。所谓数字滤波器，就是通过一定的运算，将一个输入序列转换成一个输出序列。如上图所示。时域输入输出关系是，如果存在x (n)和y (n)的傅里叶变换，则输入输出的频域关系是

如果|X(ejw)|和|H(ejw)|如图中(a)和(b)所示，那么公式中的|Y(ejw)|如图(c)所示。这样x(n)经过系统h(n)的结果是输出y(n)不再含有|w|wc的频率部分，而|w|数字滤波器的主要特点是1、数字滤波器对外界环境不敏感，可靠性较高。2、数字滤波器可以实现模拟滤波器无法实现的功能，如精确的线性相位、多速率处理等。

3、数字滤波器只要增加字长就可以实现任意精度的信号处理。4、数字滤波器更灵活，可以同时存储信号。数字处理信号的频域宽度受采样率的限制。数字滤波器和模拟滤波器的主要区别1、数字滤波器用于离散系统，模拟滤波器用于连续时间系统，也可用于离散时间系统，如SC(开关电容)滤波器。

2、数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的算法或装置。数字滤波器的作用是对输入的离散信号进行数字编码操作，从而改变信号频谱。

数字滤波器可以用计算机软件或大规模集成数字硬件来实现。模拟滤波器有有源和无源两种。有源滤波器主要由运算放大器组成，或者跨接运算放大器、电阻和电容。无源滤波器主要由R、L、C、L、C组成，模拟滤波器会有电压漂移、温度漂移、噪声等问题，而数字滤波器不存在这些问题，所以可以达到很高的稳定性和精度。

3、在实现手段上，模拟滤波器一般用电容、电感等模拟器件构建，数字滤波器可以用软件或数字芯片实现。当模拟滤波器的参数改变时，改变电容和电感是非常麻烦的。当数字滤波器的参数改变时，有时只需修改系数(如软件实现时)。4、从技术指标来看，一个模拟滤波器很难达到-60dB，而数字滤波器很容易达到这个指标。

5、模拟滤波器和数字滤波器最大的区别是数字滤波器相对于Fs/2的频率是反相的，也就是对称的；而模拟滤波器不是。所以在DAC中会选择大量的插值滤波，将镜像频率放在一个较远的频率点，然后在射频部分用一个模拟滤波器比如声表对镜像频率进行滤波。所以数字模拟滤波器是必不可少的。

6、模拟滤波器与数字滤波器的表达方式不同：模拟滤波器用H(S)表示，而数字滤波器用H(Z)表示。模拟滤波器主要是基于幅频特性的近似，而数字滤波器可以实现相位匹配。

以上知识分享希望能够帮助到大家！