网络滤波器(滤波电抗器和滤波器的工作原理和选型是什么？)

信号滤波器原理是什么？

一、滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。

本节所述内容属于模拟滤波范围。主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、RC滤波器设计。尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。

二、滤波器分类

1、根据滤波器的选频作用分类

⑴低通滤波器

从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。

⑵高通滤波器

与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。

⑶带通滤波器

它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。

⑷带阻滤波器

与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过. 

低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器，例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。

⒉根据“最佳逼近特性”标准分类

⑴巴特沃斯滤波器

从幅频特性提出要求，而不考虑相频特性。巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性，其幅频响应表达式为：

⑵切比雪夫滤波器

切贝雪夫滤波器也是从幅频特性方面提出逼近要求的，其幅频响应表达式为：ε是决定通带波纹大小的系数，波纹的产生是由于实际滤波网络中含有电抗元件；Tn是第一类切贝雪夫多项式。

与巴特沃斯逼近特性相比较，这种特性虽然在通带内有起伏，但对同样的n值在进入阻带以后衰减更陡峭，更接近理想情况。ε值越小，通带起伏越小，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。切贝雪夫滤波器与巴特沃斯滤波器进行比较，切贝雪夫滤波器的通带有波纹，过渡带轻陡直，因此，在不允许通带内有纹波的情况下，巴特沃斯型更可取；从相频响应来看，巴特沃斯型要优于切贝雪夫型，通过上面二图比较可以看出，前者的相频响应更接近于直线。

⑶贝塞尔滤波器

只满足相频特性而不关心幅频特性。贝塞尔滤波器又称最平时延或恒时延滤波器。其相移和频率成正比，即为一线性关系。但是由于它的幅频特性欠佳，而往往限制了它的应用。

三、理想滤波器

理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。

理想低通滤波器的频率响应函数为:其幅频及相频特性曲线为：分析上式所表示的频率特性可知，该滤波器在时域内的脉冲响应函数 h（t）为 sinc函数，图形如下图所示。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸，从图中可以看出，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，即在t<0时，滤波器就已经有响应了。显然，这是一种非因果关系，在物理上是不能实现的。这说明在截止频率处呈现直角锐变的幅频特性，或者说在频域内用矩形窗函数描述的理想滤波器是不可能存在的。实际滤波器的频域图形不会在某个频率上完全截止，而会逐渐衰减并延伸到∞。 

四、实际滤波器

⒈实际滤波器的基本参数

理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带。在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。当然，希望过渡带越窄越好，也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。因此，在设计实际滤波器时，总是通过各种方法使其尽量逼近理想滤波器。

⑴纹波幅度d

在一定频率范围内，实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化，其波动幅度d与幅频特性的平均值A0相比，越小越好，一般应远小于-3dB。

⑵截止频率fc

幅频特性值等于0.707A0所对应的频率称为滤波器的截止频率。以A0为参考值，0.707A0对应于-3dB点，即相对于A0衰减3dB。若以信号的幅值平方表示信号功率，则所对应的点正好是半功率点

⑶带宽B和品质因数Q值

上下两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。带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨力。在电工学中，通常用Q代表谐振回路的品质因数。在二阶振荡环节中，Q值相当于谐振点的幅值增益系数， Q=1/2ξ（ξ——阻尼率）。对于带通滤波器，通常把中心频率f0（ ）和带宽 B之比称为滤波器的品质因数Q。例如一个中心频率为500Hz的滤波器，若其中-3dB带宽为10Hz，则称其Q值为50。Q值越大，表明滤波器频率分辨力越高。

⑷倍频程选择性W

在两截止频率外侧，实际滤波器有一个过渡带，这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢，它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。通常用倍频程选择性来表征。所谓倍频程选择性，是指在上截止频率fc2与 2fc2之间，或者在下截止频率fc1与fc1/2之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量或倍频程衰减量以dB/oct表示（octave，倍频程）。显然，衰减越快（即W值越大），滤波器的选择性越好。对于远离截止频率的衰减率也可用10倍频程衰减数表示之。即［dB／10oct］。

⑸滤波器因数（或矩形系数） 

滤波器因数是滤波器选择性的另一种表示方式 ，它是利用滤波器幅频特性的 -60dB带宽与-3dB带宽的比值来衡量滤波器选择性，记作 ，即理想滤波器 =1，常用滤波器 =1－5，显然， 越接近于1，滤波器选择性越好。

网络滤波器抽头电容的作用

降低高频干扰

网络滤波器的抽头电容能降低交流阻抗，将高频交流信号短路到地，降低高频干扰

滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路

以太网网络滤波器坏了会怎样

电压不稳定

根据查询电子发烧友网显示

当滤波器出现故障时，电源输出的电压会发生波动，甚至会导致电器设备无法正常工作

这是因为滤波器无法过滤掉电源中的杂波和电磁干扰，导致输出电压不稳定

滤波电抗器和滤波器的工作原理和选型是什么？

滤波电抗器的原理x0a交流电经半波或全波整流后，其波形起伏变化很大，对于一些要求较高的场合，这样的电源是没法使用的

交流电流经电感线圈时，线圈会产生自感电动势，此电动势会随着电流波形的变化而变化，并总是要阻止原电动势的增大或减小，输入电流增大时，自感电动势会阻止电流增大，输入电流减小时，自感电动势会阻止电流减小，从而达到减小波形的起伏的作用

感抗等于电感和频率的积，当电流频率高到一定程度时，感抗就很大了，这样对于高频率交流电来说，电感就想当于是开路的，这样可以在电路中起到一个阻隔高频的作用，而让直流电流和低频的电流通过，也就是可以滤掉高频波

x0a 滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路

x0a滤波器分为有源滤波器和无源滤波器

x0a主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减

滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号x0a利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波

x0a滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开

电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出

最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波

所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成

基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器

在电源及声频电路中之滤波器，最通用者为L型及π型两种

x0a滤波器选取x0a几种低通原型滤波器是现代网络综合法设计滤波器的基础，各种低通、高通、带通、带阻滤波器大都是根据此特性推导出来的

正因如此，才使得滤波器的设计得以简化，精度得以提高

x0a理想的低通滤波器应该能使所有低于截止频率的信号无损通过，而所有高于截止频率的信号都应该被无限的衰减，从而在幅频特性曲线上呈现矩形，故而也称为矩形滤波器（brick-wallfilter）

遗憾的是，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已

根据所选的逼近函数的不同，可以得到不同的响应

虽然逼近函数多种多样，但是考虑到实际电路的使用需求，我们通常会选用“巴特沃斯响应”或“切比雪夫响应”

x0a“巴特沃斯响应”带通滤波器具有平坦的响应特性，而“切比雪夫响应”带通滤波器却具有更陡的衰减特性

所以具体选用何种特性，需要根据电路或系统的具体要求而定

但是，“切比雪夫响应”滤波器对于元件的变化最不敏感，而且兼具良好的选择性与很好的驻波特性（位于通带的中部），所以在一般的应用中，推荐使用“切比雪夫响应”滤波器

h1102nl损坏

网络滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。

滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。网络变压器具体有T1/E1隔离变压器；ISDN/ADSL接口变压器；VDSL高通/低通滤波器模块、接口变压器；T3/E3、SDH、64KBPS接口变压器；10/100BASE、 1000BASE-TX网络滤波器；RJ45集成变压器；还可根据客户需要设计专用变压器。产品主要应用于：高性能数字交换机；SDH/ATM传输设备；ISDN、ADSL、VDSL、POE受电设备综合业务数字设备；FILT光纤环路设备；以太网交换机等等,如裕泰电子的YL18-2050S，YL18-3002S等比较常见!

网络滤波器的主要参数

( 1）通带增益A0：滤波器通带内的电压放大倍数。

( 2)特征角频率 和特征频率fn：它只与滤波用的电阻和电容元件的参数有关，通常对于带通(带阻）滤波器，称为带通(带阻）滤波器的中心角频率 或中心频率f0，是 通带(阻带）内电压增益最大(最小）点的频率。

( 3)截止角频率 和截止频率f0：它是电压增益下降到 (即)时所对应的角频率。必须注意 不一定等于 。带通和带阻滤波器有两个。

( 4）通带(阻带)宽度BW：它是带通(带阻)滤波器的两个之差值。

( 5)等效品质因数Q：对低通和高通滤波器而言,Q值等于 时滤波器电路电压增益的模与通带增益之比，即 ；对带通(带阻）滤波器而言,Q值等于中心角频率与通带(阻带）宽度BW之比。

什么是滤波器？其分类有那些？工作原理？

• 滤波器的种类很多，分类方法也不同。

• 1.从功能上分；低、带、高、带阻。

• 2.从实现方法上分:FIR、IIR

• 3.从设计方法上来分：Chebyshev(切比雪夫）,Butterworth（巴特沃斯）

• 4.从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器

• 等等。

·滤波器与漏电流

电网滤波器漏电流定义为:在额定交流电压下滤波器外壳到交流进线任应一端的电流，如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的,则漏电流的值主要取决于共模电容CY的漏电流，即主要取决于CY的容量。由于滤波器漏电流的大小，设计到人身安全，国际上各国对插都有严格的标准规定。对于是20V/50Hz交流电网供电，一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。

·滤波器与试验电压

对于交流电网噪声滤波器，试验电压分为两种：一种是加在交流进线两端，即线—线试验电压。若电感线圈及引线是良好的，它取决于电容器CX的耐压。另一种是加在交流进线任一端与机壳地之间，即线—地试验电压。它取决于CX的耐压。

漏电流和试验电压对是噪声滤波器的安全性能参数，是滤波器中电感线圈、绝缘和电容器CX、CY安全性能的具体体现，并且与设备及人身安全紧密相关。因此在电网噪声滤波器的设计、生产和使用中，都要加以重视，把这些技术参数的认证和检验放在首位。

[7] 滤波器的技术参数及正确使用

(1)插入损耗是噪声滤波器的重要技术参数之一，在设计和选用时应予主要考虑。在滤波器的安全常规电气性能、环境及机械条件都满足要求时，应尽量选择插入损耗值大些。

插入损耗的定义如图3所示，当没接滤波器时，信号源输出电压为V点，当滤波器接入后，在滤波器的输出端测得信号源的电压为V2。若信号源输出阻抗与接收机输入阻抗相等，都是50Ω，则滤波器的插入损耗为：

IL=20log(V1/V2)

因为电源噪声滤波器能衰减共模噪声和差模噪声，所以它即有共模插入损耗，和差模插入损耗。

但在实际选用滤波器时，应注意产品手册给出的插入损耗曲线，都是按照标准规定，在其输入和输出阻抗都为50Ω条件下测得的。因为实际的滤波器两端阻抗不一定在全频率范围内是不是50Ω，所以它对EMI信号的衰减，并不等于产品手册中给出的插入损耗值。特别当使用安装不当时，还会远远小于标准给定的插入损耗值。

(2)电源噪声滤波器是一种具有互易性的无源网络。在实际应用中为使它有效地抑制噪声应合理配接。按图4所示组合来选择滤波器的网络结构和参考，才能得到较好的EMI抑制效果。

当滤波器的输出阻抗与负载阻抗不相等时，在此端口上会产生反射，两个阻抗相差越大，端口产生的反射也越大。当滤波器两端阻抗都与外部阻抗不相等时，则EMI信号将在其输入和输出端产生反射。这时电源滤波器对电磁干扰噪声的衰减，就与滤波器固有的插入损耗和反射损耗有关，可利用这点更有效地抑制电磁干扰噪声。在实际设计和选择使用EMI滤波器时，要注意滤波器阻抗的正确连接，以造成尽可能大的反射，使滤波器在很宽的频率范围内造成较大的阻抗失配，从而得到更好的电磁干扰抑制性能。

(3)在电源滤波器的实际应用中，要求其外壳与系统地之间有良好的电气连接，且应使地线尽可能短，因为过长的接地线会加大接地电阻和电感，而严重削减滤波器的共模抑制能力，同时也会产生公共接地阻抗耦合的问题。如图5所示，接地线过长，则滤波器输入和输出之间的公共耦合阻抗Zg也会过大，负载上电压为：

Vo=Vz+Vg=Vz+(Ii-Io)Zg --(2)

式中：Ii为滤波器交流输入电路的噪声电流。

Io为滤波器输出电路的噪声电流。