經(jīng)過前文的介紹，我們已經(jīng)知道電容的阻抗和信號頻率有關(guān)，不同頻率信號的輸入下可以得到不同的阻抗。利用這個特點，可以設(shè)計濾波器。

最基礎(chǔ)的濾波器是由電阻和電容構(gòu)建的RC濾波器，有低通和高通濾波器之分，RC濾波器的截止頻率的計算公式為：F(cutoff) = 1 / (2πRC)。截止頻率，就是濾波器頻率響應(yīng)出現(xiàn)拐點的頻率。

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一、RC低通濾波器

構(gòu)建RC低通濾波器電路如下，輸出信號接在電容兩端：

圖1-RC低通濾波器

設(shè)想電路中電阻為10KΩ，電容為10nF，套用上述公式，得出截止頻率為1592Hz，為方便討論，取整為1600Hz。

我們來看，當輸入信號的振幅為1V，頻率分別為100Hz、1.6KHz、16KHz情況下，輸出信號的變化。其中，藍色波形代表輸入信號、黃色波形代表電阻兩端信號、綠色波形代表電容兩端信號（即，輸出信號）：

圖2-輸入信號為100Hz情況下的電阻、電容兩端電壓波形

圖3-輸入信號為1.6KHz情況下的電阻、電容兩端電壓波形

圖4-輸入信號為16KHz情況下的電阻、電容兩端電壓波形

可以看到，當輸入信號頻率較小的時候（100Hz），輸出信號接近于輸入信號，振幅幾乎沒有變?nèi)?#xff08;藍綠波形重疊）；當輸入信號頻率為截止頻率的時候（1.6KHz），輸出信號大約在0.7V；當輸入信號頻率遠大于截止頻率的時候（16KHz），輸出信號變得非常弱，主要能耗都在電阻上（藍黃波形重疊）。由此，實現(xiàn)對不同頻率信號的濾波。

如果是一個理想的低通濾波器，濾波器的頻率響應(yīng)在截止頻率上應(yīng)該是非常陡峭的，在小于截止頻率的時候，輸出信號和輸入信號一樣；在大于截止頻率的時候，輸出信號為0：

圖5-理想低通濾波器的頻率響應(yīng)

但現(xiàn)實中是做不到的，我們簡單的RC低通濾波器的頻率響應(yīng)實際是下面這樣的：

圖6-基于RC實現(xiàn)的低通濾波器的頻率響應(yīng)

對于RC低通濾波器，在小于截止頻率的時候，頻率響應(yīng)幾乎是平坦的，表示輸出和輸入信號變化不大；在截止頻率的時候，輸出信號振幅下降為輸入信號振幅的70.7%（下降29.3%，也稱為3dB），表示頻率響應(yīng)出現(xiàn)拐點，輸出信號對比輸入信號開始有明顯下降；在大于截止頻率的時候，輸出信號隨著頻率增加進一步劇烈下降。

3dB的衰減，用在單一的電壓或者電流指標上，表示下降29.3%，大約為原來信號的70%；而用在功率指標上，習(xí)慣性表示為下降至原來的一半。這也很好理解，功率=電壓×電流，兩個3dB的衰減相乘即為～50%。

有一點注意：濾波器在衰減信號幅度的時候，也伴隨著相位的改變，注意看圖3中，輸出信號和輸入信號的相位有差異。

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二、RC高通濾波器

理解了RC低通濾波器之后，我們來看RC高通濾波器，電路如下，輸出信號接在電阻兩端：

圖7-RC高通濾波器

可以想象高通濾波器的頻率響應(yīng)，與低通濾波器呈鏡像關(guān)系：

圖8-基于RC實現(xiàn)的高通濾波器的頻率響應(yīng)

特別的，對于DC直流信號，當電容充滿電后，電容電壓等于輸入信號電壓，電路呈現(xiàn)開路狀態(tài)。所以電容有“隔直流通交流”的說法。

以下我們使用周期性方波作為信號源，相比于單一頻率的正弦波，方波中包含了很多頻率的分量，將其通過RC高通濾波器，看一下輸出信號的狀態(tài)。藍色波形代表輸入信號、黃色波形代表電容兩端信號、綠色波形代表電阻兩端信號（即，輸出信號）：

圖9-方波通過RC高通濾波器

有沒有和你想象中的一樣？

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三、應(yīng)用案例

麥克風咪頭輸出包含DC直流分量的音頻信號，在放大之前，連接一個RC構(gòu)成的高通濾波器，濾掉15.9Hz以下及直流分量，這樣就只放大了我們感興趣的音頻信號，避免非相關(guān)信號直接進入后級放大器，以及避免直流分量經(jīng)過放大造成放大器飽和。

圖10-麥克風咪頭電路中的RC高通濾波器

（最近住在鄉(xiāng)下，就不做面包板動手實驗了，全文完）

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的低通滤波器计算截止评率_电容基础5——RC低通滤波器和RC高通滤波器的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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