由于工作原因一直在接触滤波器,但是对其详细概念和原理一知半解,所以一直想好好学习一下。最近终于抽出时间搜遍各种资料,但总觉得知识点太散,不太方便系统的理解,所以自己整理了一下,希望有所帮助。
第一次编辑发博客,实在不易,word编辑好了,想直接拷贝上来还不行,公式无法复制,只好一个个截图,实在尴尬!是不是我没掌握技巧。
文章参照和汇集多位大神之作,如有侵权还请给予谅解,谢谢!@长弓的坚持 @JasonLeaster
滤波器截止频率的理解
在物理学和中,一个系统的输出信号的能量通常随输入信号的频率发生变化(频率响应)。截止频率(:Cutoff frequency)是指一个系统的输出信号能量开始大幅下降(在带阻滤波器中为大幅上升)的边界频率。
概述
等信号传输通道中的诸如、、、等频带特性都应用了截止频率的概念。截止频率有时被定义为电子滤波器的导通频带和截止频带的交点,例如电路标称输出信号减3的位置的频率。在带阻滤波器中,截止频率则被定义在输出信号能量大幅上升(或大幅下降)、失去“阻止”(或失去“通过”)信号效果的位置。在或者的例子中,截止频率通常包括上限频率和下限频率。
截止频率的概念除了在有广泛应用,截止频率的概念还在中有所应用。
电子学
在中,截止频率是电路(例如导线、、电子滤波器)输出信号功率超出或低于传导频率时输出信号功率的频率。通常截止频率时输出功率为传导频率的一半,在相当于为降低3分贝的位置所表示的功率,因为此时功率比例
传到频带上的输出功率。
RC低通滤波器
当信号频率低于这个截止频率f0时,信号得以通过;当信号频率高于这个截止频率时,信号输出将被大幅衰减。这个截止频率即被定义为通带和阻带的界限。
网络函数
其中:1/RC 有频率的量纲。如令
代入公式(1)得到
幅频特性和相频特性
根据公式(2)
计算dB增益
Matlab 绘制bode plot
根据网络函数
,将s=jw 代入则有
一阶低通滤波器Matlab 代码
clear all
clc
syms s
hold on
%% abstract the object which is controled into a function 1/(s+1)
num = 1;
den = sym2poly(s+1);
G = tf(num,den);
bode(G);grid on;
得到Bode图如下:
回顾截止频率的定义
结合幅频特性和Bode 图来理解截止频率似乎就明了了:
当f<
当f=f0时,信号受到-3db压制,此时
,输出信号功率大约为输入信号信号功率的0.707;
当f>>f0 ,信号被截止,
也就是信号受到 的抑制。
总结:小于截止频率的信号保持通过,大于截止频率的信号被截止,越大被拦截的越干净,所以称之:低通滤波器