新聞 - 帶通濾波器的特點

被動帶通濾波器可以透過將低通濾波器與高通濾波器連接在一起來實現

被動帶通濾波器可用於隔離或濾除特定頻帶或頻率範圍內的某些頻率。一個簡單的 RC 被動濾波器中的截止頻率或 ƒc 點可以透過僅使用一個電阻與一個無極性電容串聯來精確控制，並且根據它們的連接方式，我們已經看到可以得到低通或高通濾波器。

這類被動濾波器的一個簡單用途是用於音訊放大器應用或電路，例如揚聲器分頻濾波器或前級放大器音調控制。有時需要僅通過特定範圍的頻率，這些頻率並非始於 0Hz（直流），也並非止於某個高頻點，而是位於某個特定範圍或頻帶內，可以是窄帶，也可以是寬頻。

透過將單個低通濾波器電路與高通濾波器電路連接或“級聯”，我們可以產生另一種類型的被動 RC 濾波器，該濾波器電路允許特定範圍或“頻帶”（可以是窄帶或寬頻）的訊號通過，同時衰減所有超出該範圍的訊號。這種新型被動濾波器結構可產生一種頻率選擇性濾波器，通常稱為帶通濾波器，簡稱 BPF。

與僅允許低頻訊號通過的低通濾波器和僅允許高頻訊號通過的高通濾波器不同，帶通濾波器允許特定「頻帶」或「頻率範圍」內的訊號通過，而不會扭曲輸入訊號或引入額外的雜訊。此頻帶可以是任意寬度，通常稱為濾波器頻寬。

頻寬通常定義為兩個指定頻率截止點（ƒc）之間的頻率範圍，這兩個截止點比最大中心或諧振峰值低 3dB，同時衰減或削弱這兩個點之外的其他頻率。

對於分佈較廣的頻率，我們可以簡單地將「頻寬」BW 定義為低截止頻率 (ƒcLOWER) 和高截止頻率 (ƒcHIGHER) 之間的差值。換句話說，BW = ƒH – ƒL。顯然，為了使帶通濾波器正常運作，低通濾波器的截止頻率必須高於高通濾波器的截止頻率。

「理想」帶通濾波器也可用於隔離或濾除特定頻帶內的某些頻率，例如用於雜訊消除。帶通濾波器通常被稱為二階濾波器（雙極點），因為它們的電路設計中包含「兩個」電抗元件—電容器。一個電容器位於低通電路中，另一個電容器位於高通電路中。

上面的波特圖或頻率響應曲線顯示了帶通濾波器的特性。訊號在低頻處衰減，輸出以+20dB/十倍頻程（6dB/倍頻程）的斜率增加，直到頻率達到「下截止」點ƒL。在此頻率下，輸出電壓再次為輸入訊號值的1/√2 = 70.7%，或輸入的-3dB（20*log(VOUT/VIN)）。

輸出持續保持最大增益，直到達到「上限截止點」ƒH，此時輸出以-20dB/十倍頻程（6dB/八倍頻程）的速率下降，衰減所有高頻訊號。最大輸出增益點通常是上限截止點和下限截止點之間兩個-3dB值的幾何平均值，稱為「中心頻率」或「諧振峰值」ƒr。此幾何平均值計算公式為ƒr 2 = ƒ(上限) x ƒ(下限)。

A帶通濾波器由於其電路結構中包含「兩個」電抗元件，因此被視為二階（雙極點）濾波器，其相位角將是先前所見的一階濾波器的兩倍，即180度。輸出訊號的相位角領先輸入訊號+90度，直到中心頻率或諧振頻率ƒr點，輸出訊號的相位角變為“零”度（0度）或“同相”，然後隨著輸出頻率的增加，輸出訊號的相位角滯後輸入訊號-90度。

例如，可以使用與低通和高通濾波器相同的公式來找到帶通濾波器的上限和下限截止頻率點。