滤波器的电路结构图分析

滤波电路是电子电路中非常重要的一部分，它主要用于去除信号中的噪声和干扰，提高信号的稳定性和可靠性。在滤波电路中，电容起着至关重要的作用。本文将详细介绍电容在滤波电路中的作用与滤波器电路结构图。

一、电容的基本原理

电容是一种能够存储电荷的电子元件，其单位为法拉(F)。电容的基本工作原理是利用电容器内部的两个导体板(通常是金属)之间的电介质(如空气、陶瓷、塑料等)来存储电荷。当电容器连接到电源时，电荷会在两个导体板之间积累，形成一个电场。当电源断开后，电容器可以释放存储的电荷，形成电流。

电容的基本参数包括电容值(C)、电压(V)和电流(I)。电容值表示电容器存储电荷的能力，单位为法拉(F)。电压表示电容器两端的电势差，单位为伏特(V)。电流表示通过电容器的电荷流动速率，单位为安培(A)。

二、电容在滤波电路中的作用

在电子电路中，电源线和信号线之间可能存在寄生电容，这些电容会引入噪声和干扰。电容可以用于去耦，即在电源线和信号线之间添加一个电容，将噪声和干扰引导到地线，从而提高信号的稳定性和可靠性。

低通滤波器允许低频信号通过，而阻止高频信号。在低通滤波器中，电容与电阻串联或并联，形成一个RC电路。当输入信号频率较低时，电容的阻抗较大，信号可以通过电阻顺利通过;当输入信号频率较高时，电容的阻抗较小，信号被电容短路，从而实现低通滤波。

高通滤波器允许高频信号通过，而阻止低频信号。在高通滤波器中，电容与电阻并联或串联，形成一个CR电路。当输入信号频率较低时，电容的阻抗较大，信号被电容短路;当输入信号频率较高时，电容的阻抗较小，信号可以通过电容顺利通过，从而实现高通滤波。

带通滤波器允许特定频率范围内的信号通过，同时阻止其他频率的信号。在带通滤波器中，通常使用两个或多个电容和电阻的组合，形成一个多阶滤波器。通过调整电容和电阻的参数，可以实现对特定频率范围内信号的滤波。

陷波滤波器可以消除特定频率的信号，同时允许其他频率的信号通过。在陷波滤波器中，通常使用一个电容和一个电感的组合，形成一个LC电路。当输入信号的频率与LC电路的谐振频率相同时，信号会被LC电路完全短路，从而实现陷波滤波。

电容的隔直通交特性是其在滤波电路中的基本作用之一。由于电容的阻抗与信号的频率成反比，因此对于直流信号(f=0)，电容的阻抗无穷大，相当于开路;而对于交流信号，电容的阻抗随频率的增加而减小，相当于短路。这一特性使得电容在滤波电路中能够阻隔直流信号，允许交流信号通过，从而实现对直流和交流信号的分离。

在电子电路中，杂波信号是不可避免的。这些杂波信号可能来自电源、其他电路或外部环境，它们会干扰电路的正常工作。电容在滤波电路中的另一个重要作用就是滤除这些杂波信号。由于电容的阻抗与信号的频率成反比，因此对于高频杂波信号，电容的阻抗很小，相当于短路，从而将高频杂波信号旁路到地线，达到滤除杂波的目的。

具体来说，电容在滤波电路中可以构建低通滤波器和高通滤波器。在低通滤波器中，电容被放置在电路的输入端，利用其对高频信号的阻抗小、对低频信号的阻抗大的特性，将高频信号滤除，只保留低频信号。而在高通滤波器中，电容被放置在电路的输出端，利用其对低频信号的阻抗大、对高频信号的阻抗小的特性，将低频信号滤除，只保留高频信号。

三、电容的类型

陶瓷电容是一种常用的电容类型，具有体积小、电容值范围宽、稳定性好等优点。陶瓷电容通常用于高频电路和去耦电路中。

电解电容具有较大的电容值和较低的成本，但体积较大，稳定性较差。电解电容通常用于低频电路和电源滤波电路中。

薄膜电容具有较小的体积、较高的稳定性和较低的损耗。薄膜电容通常用于音频电路和射频电路中。

钽电容具有较高的稳定性、较小的体积和较低的损耗。钽电容通常用于高频电路和精密电路中。

四、电容在滤波电路中的应用

在电源电路中，电容可以用于去耦和滤除电源线上的噪声和干扰，提高电源的稳定性和可靠性。

在信号处理电路中，电容可以用于低通滤波、高通滤波、带通滤波和陷波滤波，实现对信号的滤波和处理。

在通信系统中，电容可以用于射频滤波器、陷波滤波器和带通滤波器，实现对信号的滤波和处理。

在音频设备中，电容可以用于音频信号的滤波和处理，提高音频信号的质量和稳定性。

下图所示是电子滤波器。电路中的 VT1 是三极管，起到滤波管作用， C1 是 VT1 的基极滤波电容，R1 是 VT1 的基极偏置电阻，RL 是这一滤波电路的负载，C2 是输出电压的滤波电容。

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电子滤波电路工作原理如下：

① 电路中的 VT1、 R1、 C1 组成电子滤波器电路，这一电路相当于一 只容量为 C1×β1 大小电容器，β1 为 VT1 的电流放大倍数，而晶体管的电流放大倍数比较大，所以等效电容量很大，可见电子滤波器的滤波性能是很好的。等效电路如上图(b)所示。图中 C 为等效电容。

② 电路中的 R1 和 C1 构成一节 RC 滤波电路， R1 一方面为 VT1 提供基极偏置电流，同时也是滤波电阻。由于流过 R1 的电流是 VT1 的基极偏置电流，这一电流很小， R1 的阻值可以取得比较大，这样 R1 和 C1 的滤 波效果就很好，使 VT1 基极上直流电压中的交流成分很少。由于发射极电压具有跟随基极电压的特性，这样 VT1 发射极输出电压中交流成分也很少，达到滤波的目的。

③ 在电子滤波器中，滤波主要是靠 R1 和 C1 实现的，这也是 RC 滤波电路，但与前面介绍的 RC 滤波电路是不同的。在这一电路中流过负载的直流电流是 VT1 的发射极电流，流过滤波电阻 R1 的电流是 VT1 基极电流，基极电流很小，所以可以使滤波电阻 R1 的阻值设得很大(滤波效果好)，但不会使直流输出电压下降很多。

④ 电路中的 R1 的阻值大小决定了 VT1 的基极电流大小，从而决定了 VT1 集电极与发射极之间的管压降，也就决定了 VT1 发射极输出直流电压大小，所以改变 R1 的大小，可以调整直流输出电压 +V 的大小。

电子稳压滤波器

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上图所示是另一种电子稳压滤波器，与前一种电路相比，在 VT1 基极与地端之间接入了稳压二极管 VD1。电子稳压原理如下：

在 VT1 基极与地端之间接入了稳压二极管 VD1 后，输入电压经 R1 使稳压二极管 VD1 处于反向偏置状态，此时 VD1 的稳压特性使 VT1 管的基极电压稳定，这样 VT1 发射极输出的直流电压也比较稳定。注意：这一电压的稳定特性是由于 VD1 的稳压特性决定的，与电子滤波器电路本身没有关系。

R1 同时还是 VD1 的限流保护电阻。在加入稳压二极管 VD1 后，改变 R1 的大小不能改变 VT1 发射极输出电压大小，由于 VT1 的发射结存在 PN 结电压降，所以发射极输出电压比 VD1 的稳压值略小。

C1、 R1 与 VT1 同样组成电子滤波器电路，起到滤波作用。

在有些场合下，为了进一步提高滤波效果，可采用双管电子滤波器电路，2 只电子滤波管构成了复合管电路。这样总的电流放大倍数为各管电流放大倍数之积，显然可以提高滤波效果。