滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器以及带阻滤波器。高通滤波器是一种电子滤波器,按采用的器件分为有源高通滤波器和无源高通滤波器。高通滤波器可以对频率和大小实现动态补偿,对补偿对象的变化有极快的响应速度。
高通滤波器的
电阻取值非常重要,电阻的取值原则与系统要滤除的
谐波次数和谐波电流含量有关。从节能角度考虑,电阻值越大越好,但同时要考虑滤除谐波的次数分布和谐波电流的大小,选择合适的滤波器特性,以达到较好的滤波效果。
高通滤波器是一种让某一频率以上的信号分量通过,而对该频率以下的信号分量大大抑制的
电容、
电感与电阻等器件的组合装置。其特性在时域及频域中可分别用冲激响应及频率响应描述。后者是用以频率为自变量的函数表示,一般情况下它是一个以复变量jω为自变量的的复变函数,以H(jω)表示。它的模H(ω)和幅角φ(ω)为
角频率ω的函数,分别称为系统的“幅频响应”和“相频响应”,它分别代表激励源中不同频率的信号成分通过该系统时所遇到的幅度变化和
相位变化。可以证明,系统的“频率响应”就是该系统“冲激响应”的
傅里叶变换。当线性无源系统可以用一个N阶
线性微分方程表示时,频率响应H(jω)为一个有理分式,它的分子和分母分别与微分方程的右边和左边相对应。
无源高通滤波器:仅由无源元件(R、L和C)组成的滤波器,它是利用
电容和
电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是:电路比较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;缺点是:通带内的信号有能量损耗,负载效应比较明显,使用
电感元件时容易引起
电磁感应,当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大,在低频域不适用。
有源高通滤波器:由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成
运算放大器)组成。这类滤波器的优点是:通带内的信号不仅没有能量损耗,而且还可以放大,负载效应不明显,多级相联时相互影响很小,利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器,并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用
电感元件);缺点是:通带范围受有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制,需要直流电源供电,可靠性不如无源滤波器高,在高压、高频、大功率的场合不适用。
以上两种分类方法相互独立。有源高通滤波器更为常见,如一阶有源高通滤波器、二阶有源高通滤波器等。其中一阶有源高通滤波器较为简单,其电路原理图和幅频特性曲线分别如图所示。
高通滤波器在多个领域有着广泛的应用。在
电力系统中,
谐波补偿时用高通滤波器滤除某次及其以上的各次谐波。在音频领域,这样的滤波器能够把高频率的声音引导至专用高音喇叭(tweeter),并阻止可能干扰或者损害喇叭的低音信号。使用线圈而不是
电容的低通滤波器也可以同时把低频信号引导至低音喇叭(woofer)。此外,
高通和低通滤波器也用于数字图像处理中在频域中进行变换,滤除一个复杂信号中不想要的低频成分同时让高频信号通过。这种处理在图像增强、边缘检测等方面尤为重要,'低'和'高'频率的含义是相对于滤波器设计者所选择的截止频率而言的。