低通濾波概述

低通濾波(Low-pass filter) 是一種過濾方式，規(guī)則為低頻信號(hào)能正常通過，而超過設(shè)定臨界值的高頻信號(hào)則被阻隔、減弱。但是阻隔、減弱的幅度則會(huì)依據(jù)不同的頻率以及不同的濾波程序(目的)而改變。它有的時(shí)候也被叫做高頻去除過濾(high-cut filter)或者最高去除過濾(treble-cut filter)。低通過濾是高通過濾的對(duì)立。
對(duì)于不同濾波器而言，每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。當(dāng)使用在音頻應(yīng)用時(shí)，它有時(shí)被稱為高頻剪切濾波器，或高音消除濾波器。

低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路(如音頻設(shè)備中使用的hiss 濾波器、平滑數(shù)據(jù)的數(shù)字算法、音障(acoustic barriers)、圖像模糊處理等等，這兩個(gè)工具都通過剔除短期波動(dòng)、保留長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)提供了信號(hào)的平滑形式。低通濾波器在信號(hào)處理中的作用等同于其它領(lǐng)域如金融領(lǐng)域中移動(dòng)平均數(shù)(moving average)所起的作用;低通濾波器有很多種。其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫?yàn)V波器。

無源濾波電路無源濾波電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，但它的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負(fù)載而變化，因而不適用于信號(hào)處理要求高的場(chǎng)合。無源濾波電路通常用在功率電路中，比如直流電源整流后的濾波，或者大電流負(fù)載時(shí)采用LC(電感、電容)電路濾波。

有源濾波電路有源濾波電路的負(fù)載不影響濾波特性，因此常用于信號(hào)處理要求高的場(chǎng)合。有源濾波電路一般由RC網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)放組成，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時(shí)還可以進(jìn)行放大。但電路的組成和設(shè)計(jì)也較復(fù)雜。有源濾波電路不適用于高電壓大電流的場(chǎng)合，只適用于信號(hào)處理。根據(jù)濾波器的特點(diǎn)可知，它的電壓放大倍數(shù)的幅頻特性可以準(zhǔn)確地描述該電路屬于低通、高通、帶通還是帶阻濾波器，因而如果能定性分析出通帶和阻帶在哪一個(gè)頻段，就可以確定濾波器的類型。識(shí)別濾波器的方法是：若信號(hào)頻率趨于零時(shí)有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號(hào)頻率趨于無窮大時(shí)電壓放大倍數(shù)趨于零，則為低通濾波器;反之，若信號(hào)頻率趨于無窮大時(shí)有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號(hào)頻率趨于零時(shí)電壓放大倍數(shù)趨于零，則為高通濾波器;若信號(hào)頻率趨于零和無窮大時(shí)電壓放大倍數(shù)均趨于零，則為帶通濾波器;反之，若信號(hào)頻率趨于零和無窮大時(shí)電壓放大倍數(shù)具有相同的確定值，且在某一頻率范圍內(nèi)電壓放大倍數(shù)趨于零，則為帶阻濾波器。

電子低通濾波器有許許多多不同頻率響應(yīng)的不同類型濾波器電路。濾波器的頻率響應(yīng)通常用波德圖?表示。例如，一階濾波器在頻率增加一倍(增加octave)時(shí)將信號(hào)強(qiáng)度減弱一半(大約-6dB)。一階濾波器幅度波特圖在截止頻率之下是一條水平線，在截止頻率之上則是一條斜線。在兩者邊界處還有一個(gè)"knee curve"在兩條直線區(qū)域之間平緩轉(zhuǎn)換。參見RC電路。二階濾波器對(duì)于削減高頻信號(hào)能起到更高的效果。這種類型的濾波器的波特圖類似于一階濾波器，只是它的滾降速率更快。例如，一個(gè)二階的巴特沃斯濾波器(它是一個(gè)沒有尖峰的臨界衰減RLC電路)頻率增加一倍時(shí)就將信號(hào)強(qiáng)度衰減到最初的四分之一(每倍頻-12dB)。其它的二階濾波器最初的滾降速度可能依賴于它們的Q因數(shù)，但是最后的速度都是每倍頻 -12dB。參見RLC電路。三階和更高階的濾波器也是類似?？傊詈髇階濾波器的滾降速率是每倍頻6ndB。對(duì)于任何的巴特沃斯濾波器，如果向右延長(zhǎng)水平線并且向左上延伸斜線(函數(shù)的漸近線，它們將相交在“截止頻率”。一階濾波器在截止頻率的頻率響應(yīng)是水平線下-3dB。不同類型的濾波器——巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器等——都有不同形狀的“knee curves”。許多二階濾波器設(shè)計(jì)成有“峰值”或者諧振以得到截止頻率處的頻率響應(yīng)處在水平線之上。參見電子濾波器中其它類型的濾波器。'低'和'高'的含義——例如截止頻率—— 依賴于濾波器的特性。(術(shù)語(yǔ)“低通濾波器”僅僅是指濾波器響應(yīng)的形狀。一個(gè)高通濾波器能夠設(shè)計(jì)成比任何低通濾波器截止頻率更低的截止頻率。不同的頻率響應(yīng)是區(qū)分它們的依據(jù)。)電子濾波器能夠設(shè)計(jì)成任何所期望的頻率范圍——可以到微波頻率(超過 1000 MHz)乃至更高。