9、滤波器、信号发生器和检测器详解

滤波器、信号发生器和检测器详解

1. 引言

电路主要用于处理信号，我们借助电路来生成有用的信号、对信号进行操作并展现其有趣的特性。其中，滤波器对信号执行线性操作，例如可以在信号中选择特定的频率范围；而检测器则执行非线性操作。在后续的探讨中，我们会涵盖无源的电阻（R）、电感（L）和电容（C）元件，由运算放大器构建的有源电路以及数字方法。

2. 滤波器规格

在实际应用中，虽然滤波器的种类繁多，但常见的有以下四类：
- 低通滤波器：允许低频信号通过，同时衰减高频信号。
- 高通滤波器：允许高频信号通过，对低频信号进行衰减。
- 带通滤波器：让中间频率的信号通过，衰减低频和高频信号。
- 带阻滤波器：衰减中间频率的信号，允许低频和高频信号通过。

对于每一种滤波器，都需要明确两个关键区域：
- 通带：滤波器允许信号通过的频率范围。
- 阻带：滤波器对信号进行衰减的频率范围。

通带和阻带之间的区域为过渡带，通常我们不会明确指定过渡带，而是通过其他参数来推断其特性。

滤波器最基本的规格描述方式是滤波器规格图，用于描述其幅度特性。以低通滤波器为例，其规格图的纵坐标表示损耗，数值越大意味着输出电平越低。图中的白色区域是滤波器响应的允许范围，而灰色区域则是禁止区域。通带由两个参数确定：Amax 为通带衰减，ωp 为通带内的最大频率；阻带由 Amin 和 ωs 确定。通带和阻带之间的区域即为过渡带。

任何特定滤波器的损耗与频率响应曲线都可以绘制在这些坐标轴上。如果响应曲线落在白色区域，则该滤波器符合规格；若曲线进入阴影区域，则不符合规格。