濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖分析

濾波電路是電子電路中非常重要的一部分，它主要用于去除信號中的噪聲和干擾，提高信號的穩(wěn)定性和可靠性。在濾波電路中，電容起著至關(guān)重要的作用。本文將詳細(xì)介紹電容在濾波電路中的作用與濾波器電路結(jié)構(gòu)圖。

一、電容的基本原理

電容是一種能夠存儲電荷的電子元件，其單位為法拉(F)。電容的基本工作原理是利用電容器內(nèi)部的兩個導(dǎo)體板(通常是金屬)之間的電介質(zhì)(如空氣、陶瓷、塑料等)來存儲電荷。當(dāng)電容器連接到電源時，電荷會在兩個導(dǎo)體板之間積累，形成一個電場。當(dāng)電源斷開后，電容器可以釋放存儲的電荷，形成電流。

電容的基本參數(shù)包括電容值(C)、電壓(V)和電流(I)。電容值表示電容器存儲電荷的能力，單位為法拉(F)。電壓表示電容器兩端的電勢差，單位為伏特(V)。電流表示通過電容器的電荷流動速率，單位為安培(A)。

二、電容在濾波電路中的作用

在電子電路中，電源線和信號線之間可能存在寄生電容，這些電容會引入噪聲和干擾。電容可以用于去耦，即在電源線和信號線之間添加一個電容，將噪聲和干擾引導(dǎo)到地線，從而提高信號的穩(wěn)定性和可靠性。

低通濾波器允許低頻信號通過，而阻止高頻信號。在低通濾波器中，電容與電阻串聯(lián)或并聯(lián)，形成一個RC電路。當(dāng)輸入信號頻率較低時，電容的阻抗較大，信號可以通過電阻順利通過;當(dāng)輸入信號頻率較高時，電容的阻抗較小，信號被電容短路，從而實(shí)現(xiàn)低通濾波。

高通濾波器允許高頻信號通過，而阻止低頻信號。在高通濾波器中，電容與電阻并聯(lián)或串聯(lián)，形成一個CR電路。當(dāng)輸入信號頻率較低時，電容的阻抗較大，信號被電容短路;當(dāng)輸入信號頻率較高時，電容的阻抗較小，信號可以通過電容順利通過，從而實(shí)現(xiàn)高通濾波。

帶通濾波器允許特定頻率范圍內(nèi)的信號通過，同時阻止其他頻率的信號。在帶通濾波器中，通常使用兩個或多個電容和電阻的組合，形成一個多階濾波器。通過調(diào)整電容和電阻的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對特定頻率范圍內(nèi)信號的濾波。

陷波濾波器可以消除特定頻率的信號，同時允許其他頻率的信號通過。在陷波濾波器中，通常使用一個電容和一個電感的組合，形成一個LC電路。當(dāng)輸入信號的頻率與LC電路的諧振頻率相同時，信號會被LC電路完全短路，從而實(shí)現(xiàn)陷波濾波。

電容的隔直通交特性是其在濾波電路中的基本作用之一。由于電容的阻抗與信號的頻率成反比，因此對于直流信號(f=0)，電容的阻抗無窮大，相當(dāng)于開路;而對于交流信號，電容的阻抗隨頻率的增加而減小，相當(dāng)于短路。這一特性使得電容在濾波電路中能夠阻隔直流信號，允許交流信號通過，從而實(shí)現(xiàn)對直流和交流信號的分離。

在電子電路中，雜波信號是不可避免的。這些雜波信號可能來自電源、其他電路或外部環(huán)境，它們會干擾電路的正常工作。電容在濾波電路中的另一個重要作用就是濾除這些雜波信號。由于電容的阻抗與信號的頻率成反比，因此對于高頻雜波信號，電容的阻抗很小，相當(dāng)于短路，從而將高頻雜波信號旁路到地線，達(dá)到濾除雜波的目的。

具體來說，電容在濾波電路中可以構(gòu)建低通濾波器和高通濾波器。在低通濾波器中，電容被放置在電路的輸入端，利用其對高頻信號的阻抗小、對低頻信號的阻抗大的特性，將高頻信號濾除，只保留低頻信號。而在高通濾波器中，電容被放置在電路的輸出端，利用其對低頻信號的阻抗大、對高頻信號的阻抗小的特性，將低頻信號濾除，只保留高頻信號。

三、電容的類型

陶瓷電容是一種常用的電容類型，具有體積小、電容值范圍寬、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷電容通常用于高頻電路和去耦電路中。

電解電容具有較大的電容值和較低的成本，但體積較大，穩(wěn)定性較差。電解電容通常用于低頻電路和電源濾波電路中。

薄膜電容具有較小的體積、較高的穩(wěn)定性和較低的損耗。薄膜電容通常用于音頻電路和射頻電路中。

鉭電容具有較高的穩(wěn)定性、較小的體積和較低的損耗。鉭電容通常用于高頻電路和精密電路中。

四、電容在濾波電路中的應(yīng)用

在電源電路中，電容可以用于去耦和濾除電源線上的噪聲和干擾，提高電源的穩(wěn)定性和可靠性。

在信號處理電路中，電容可以用于低通濾波、高通濾波、帶通濾波和陷波濾波，實(shí)現(xiàn)對信號的濾波和處理。

在通信系統(tǒng)中，電容可以用于射頻濾波器、陷波濾波器和帶通濾波器，實(shí)現(xiàn)對信號的濾波和處理。

在音頻設(shè)備中，電容可以用于音頻信號的濾波和處理，提高音頻信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

下圖所示是電子濾波器。電路中的 VT1 是三極管，起到濾波管作用， C1 是 VT1 的基極濾波電容，R1 是 VT1 的基極偏置電阻，RL 是這一濾波電路的負(fù)載，C2 是輸出電壓的濾波電容。

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電子濾波電路工作原理如下：

① 電路中的 VT1、 R1、 C1 組成電子濾波器電路，這一電路相當(dāng)于一 只容量為 C1×β1 大小電容器，β1 為 VT1 的電流放大倍數(shù)，而晶體管的電流放大倍數(shù)比較大，所以等效電容量很大，可見電子濾波器的濾波性能是很好的。等效電路如上圖(b)所示。圖中 C 為等效電容。

② 電路中的 R1 和 C1 構(gòu)成一節(jié) RC 濾波電路， R1 一方面為 VT1 提供基極偏置電流，同時也是濾波電阻。由于流過 R1 的電流是 VT1 的基極偏置電流，這一電流很小， R1 的阻值可以取得比較大，這樣 R1 和 C1 的濾 波效果就很好，使 VT1 基極上直流電壓中的交流成分很少。由于發(fā)射極電壓具有跟隨基極電壓的特性，這樣 VT1 發(fā)射極輸出電壓中交流成分也很少，達(dá)到濾波的目的。

③ 在電子濾波器中，濾波主要是靠 R1 和 C1 實(shí)現(xiàn)的，這也是 RC 濾波電路，但與前面介紹的 RC 濾波電路是不同的。在這一電路中流過負(fù)載的直流電流是 VT1 的發(fā)射極電流，流過濾波電阻 R1 的電流是 VT1 基極電流，基極電流很小，所以可以使濾波電阻 R1 的阻值設(shè)得很大(濾波效果好)，但不會使直流輸出電壓下降很多。

④ 電路中的 R1 的阻值大小決定了 VT1 的基極電流大小，從而決定了 VT1 集電極與發(fā)射極之間的管壓降，也就決定了 VT1 發(fā)射極輸出直流電壓大小，所以改變 R1 的大小，可以調(diào)整直流輸出電壓 +V 的大小。

電子穩(wěn)壓濾波器

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上圖所示是另一種電子穩(wěn)壓濾波器，與前一種電路相比，在 VT1 基極與地端之間接入了穩(wěn)壓二極管 VD1。電子穩(wěn)壓原理如下：

在 VT1 基極與地端之間接入了穩(wěn)壓二極管 VD1 后，輸入電壓經(jīng) R1 使穩(wěn)壓二極管 VD1 處于反向偏置狀態(tài)，此時 VD1 的穩(wěn)壓特性使 VT1 管的基極電壓穩(wěn)定，這樣 VT1 發(fā)射極輸出的直流電壓也比較穩(wěn)定。注意：這一電壓的穩(wěn)定特性是由于 VD1 的穩(wěn)壓特性決定的，與電子濾波器電路本身沒有關(guān)系。

R1 同時還是 VD1 的限流保護(hù)電阻。在加入穩(wěn)壓二極管 VD1 后，改變 R1 的大小不能改變 VT1 發(fā)射極輸出電壓大小，由于 VT1 的發(fā)射結(jié)存在 PN 結(jié)電壓降，所以發(fā)射極輸出電壓比 VD1 的穩(wěn)壓值略小。

C1、 R1 與 VT1 同樣組成電子濾波器電路，起到濾波作用。

在有些場合下，為了進(jìn)一步提高濾波效果，可采用雙管電子濾波器電路，2 只電子濾波管構(gòu)成了復(fù)合管電路。這樣總的電流放大倍數(shù)為各管電流放大倍數(shù)之積，顯然可以提高濾波效果。