濾波器

濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分。利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。換句話(huà)說(shuō)，凡是可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱(chēng)之為濾波器。濾波器，是對(duì)波進(jìn)行過(guò)濾的器件。“波”是一個(gè)非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過(guò)程。該過(guò)程通過(guò)各類(lèi)傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，稱(chēng)之為各種物理量的時(shí)間波形，或者稱(chēng)之為信號(hào)。因?yàn)樽宰兞繒r(shí)間是連續(xù)取值的，所以稱(chēng)之為連續(xù)時(shí)間信號(hào)，又習(xí)慣地稱(chēng)之為模擬信號(hào)(Analog Signal)。濾波是信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念，在直流穩(wěn)壓電源中濾波電路的作用是盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。

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濾波器實(shí)例

一個(gè)固體屏障就是一個(gè)聲波的低通濾波器。當(dāng)另外一個(gè)房間中播放音樂(lè)時(shí)，很容易聽(tīng)到音樂(lè)的低音，但是高音部分大部分被過(guò)濾掉了。類(lèi)似的情況是，一輛小汽車(chē)中非常大的音樂(lè)聲在另外一個(gè)車(chē)中的人聽(tīng)來(lái)卻是低音節(jié)拍，因?yàn)檫@時(shí)封閉的汽車(chē)（和空氣間隔）起到了低通濾波器的作用，減弱了所有的高音。電子低通濾波器用來(lái)驅(qū)動(dòng)重低音喇叭（subwoofer）和其它類(lèi)型的擴(kuò)音器、并且阻塞它們不能有效傳播的高音節(jié)拍。無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)使用低通濾波器阻塞可能引起與其它通信發(fā)生干擾的諧波發(fā)射。DSL分離器使用低通和高通濾波器分離共享使用雙絞線(xiàn)的DSL和POTS信號(hào)。低通濾波器也在如Roland公司這樣的模擬合成器（synthesiser）合成的電子音樂(lè)聲音處理中發(fā)揮著重要的作用。

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低通濾波器實(shí)例

理想與實(shí)際濾波器一個(gè)理想的低通濾波器能夠完全剔除高于截止頻率的所有頻率信號(hào)并且低于截止頻率的信號(hào)可以不受影響地通過(guò)。實(shí)際上的轉(zhuǎn)換區(qū)域也不再存在。一個(gè)理想的低通濾波器可以用數(shù)學(xué)的方法（理論上）在頻域中用信號(hào)乘以矩形函數(shù)得到，作為具有同樣效果的方法，也可以在時(shí)域與sinc函數(shù)作卷積得到。然而，這樣一個(gè)濾波器對(duì)于實(shí)際真正的信號(hào)來(lái)說(shuō)是不可實(shí)現(xiàn)的，這是因?yàn)閟inc函數(shù)是一個(gè)延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)處的函數(shù)（extends to infinity），所以這樣的濾波器為了執(zhí)行卷積就需要預(yù)測(cè)未來(lái)并且需要有過(guò)去所有的數(shù)據(jù)。對(duì)于預(yù)先錄制好的數(shù)字信號(hào)（在信號(hào)的后邊補(bǔ)零，并使得由此產(chǎn)生的濾波后的誤差小于量化誤差）或者無(wú)限循環(huán)周期信號(hào)來(lái)說(shuō)這是可實(shí)現(xiàn)的。實(shí)時(shí)應(yīng)用中的實(shí)際濾波器通過(guò)將信號(hào)一小段時(shí)間讓它們能夠“看到”未來(lái)的一小部分來(lái)近似地實(shí)現(xiàn)理想濾波器，這已為相移所證明。近似精度越高所需要的越長(zhǎng)。采樣定理描述了如何使用一個(gè)完善的低通濾波器和奈奎斯特-香農(nóng)插值公式從數(shù)字信號(hào)采樣重建連續(xù)信號(hào)。實(shí)際的數(shù)模轉(zhuǎn)換器都是使用近似濾波器。

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