滤波器原理及其作用

滤波器是一种电子设备或电路，可以根据特定的频率响应特性选择性地通过或抑制信号的不同频率分量。它的作用是对信号进行频率选择，去除不需要的频率成分，保留感兴趣的频率范围。滤波器的原理基于信号的频率分布和滤波器的传递特性。滤波器可以根据其频率响应特点分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等几种类型。

滤波器原理及其作用

- 低通滤波器：通过选择信号频率低于截止频率的部分，滤除高频部分，只保留低频部分。

- 高通滤波器：通过选择信号频率高于截止频率的部分，滤除低频部分，只保留高频部分。

- 带通滤波器：在某个频率范围内允许信号通过，其他频率范围内进行滤除。

- 带阻滤波器：在某个频率范围内进行滤除，其他频率范围内允许信号通过。

滤波器可以应用于各种领域，如音频处理、图像处理、通信系统、无线电频谱分析等。它们在电子设备和通信系统中常用于去除噪音、滤波干扰信号、提取特定频率分量、改善信号质量等功用。

总的来说，滤波器通过选择性地处理不同频率的信号，可以改变信号的频率特性，滤除不需要的频率成分，实现对信号的处理和控制。

一、电源滤波器组成

电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路，又名“电源EMI滤波器”，或是“EMI电源滤波器”，一种无源双向网络，它的一端是电源，另一端是负载。电源滤波器的原理就是一种——阻抗适配网络：电源滤波器输入、输出侧与电源和负载侧的阻抗适配越大，对电磁干扰的衰减就越有效。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。

二、电源滤波器的作用

电源线滤波器的作用：是防止设备本身产生的电磁干扰进入电源线，同时防止电源线上的干扰进入设备。电源线滤波器是一种低通滤波器，它允许直流或 50Hz的工作电流通过，而不允许频率较高的电磁干扰电流通过。电源线滤波器是双向的，它既能防止电网上的干扰进入设备对设备产生不良影响，使设备满足传导敏感度的要求 ; 又能防止设备内的电磁干扰通过。电源线传到电网上，使设备满足传导发射的要求 。能够产生较强干扰的设备和对外界干扰敏感的设备都要使用电源线滤波器。 能够产生强干扰的设备有：含有脉冲电路 ( 微处理器 ) 的设备、使用开关电源的设备、使用可控硅的设备、变频调速设备、含有马达的设备等。敏感电路如：使用微处理器的设备、小信号模拟电路等。

三、电源滤波器的结构

电源滤波器一般都设计为只由电阻、电容及电感组成的被动滤波器，没有像晶体管之类的主动元件。上图是一个电源滤波器的例子，电源滤波器的上方接电源，电源端有一个共模电感，也就是电源的二条线依同一个方向绕在铁心上，电源线上若有共模讯号，其在共模电感产生的磁场会相加，因此有较大的阻抗，而差模讯号在共模电感产生的磁场会互相抵消，因此可以流过共模电感。电源流过的电流主要是共模的，但上面噪声也可能会以差模的形式出现，若要抑制差模噪声，需要另外使用差模电感，或是各相有个别的电感器。

图1 原理图

在电源滤波器上会使用特别的安规解耦电容，分为X电容及Y电容二类：

X电容：抑制差模干扰（电源线之间的干扰）。

Y电容：抑制共模干扰（各组电源线对地之间的干扰）。

由于Y电容提高会使电器的漏电流增加，而电器的漏电流有其规定范围，因此Y电容不能太大，一般都会比X电容要小。

X电容和Y电容属于安规电容，即其失效后不会造成电击，也不会影响人身安全。二者都有自我复原（self-healing）作用，会使局部短路的部份恢复原来的绝缘状态。

四、电源滤波器适配原理

电源滤波器常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波（包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等）。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数S来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。

脉动系数（S）=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量

电源滤波器的原理就是一种阻抗适配网络：电源滤波器输入、输出侧与电源和负载侧的阻抗适配越大，对电磁干扰的衰减就越有效。

具体工作原理如下：交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。