RC滤波器,其核心功能在于筛选信号,将我们不希望出现的高频或低频成分进行有效滤除,从而确保所需信号的纯净性。
关于RC滤波的构造及其工作原理,其包含两种电路结构。简而言之,高通滤波器与低通滤波器的差异主要体现在电容与电阻的布局上。高通滤波器专为传递高频信号而设计,对于低频信号则实施阻断策略,因此电容通常位于输入端。相反,低通滤波器的输入端则接有电阻。这种差异源于电容的特性——它更擅长传递交流信号而阻碍直流信号。若电容容量足够大,那么频率偏低的信号可被近似视为直流信号,自然无法通过高通滤波器的首个电容环节。
如下示意图展示了两种滤波器的具体形态。
对于截止频率的计算,其公式为:f=1/(2πRC)。若电阻R设为51Ω,电容C设为22uF,那么计算出的截止频率f约为141Hz。这意味着高通滤波器会对低于此频率的信号产生抑制效果,而低通滤波器则会对高于此频率的信号实施同样的抑制策略。
如在心电图测量中,已知心电图的频率范围在20Hz至150Hz之间,我们可以选择上述的159.2Hz低通滤波器来进行信号处理。但为了确保更完美的效果,我们会倾向于选择稍高的频率如170Hz,因为当信号接近RC滤波器的截止频率时,输出信号会下降3db,为此我们需要预留一定的余量。以20Hz作为余量,便是基于这一考虑。
利用上述原理,我们可以轻松设计RC滤波器。值得注意的是,同一频率下,电阻和电容的组合并非唯一。例如,R=51Ω与C=22uF的组合完全可以替换为R=510Ω与C=2.2uF的组合。但这背后隐藏着什么秘密呢?当我们亲手搭建电路时,会发现在输出波形与输入波形之间存在幅值差异。这究竟是为何呢?
这实际上涉及到了滤波器的阻抗匹配问题。滤波器自身带有阻抗,会对信号产生分压作用,从而导致输出信号的强度减弱。