在本节中，我们将了解无源RC低通滤波器，以及如何使用它来过滤特定频率的信号。
00-1010滤波器可以有效滤除信号中特定频率的内容，得到去除特定频率的信号。
您可以使用音乐播放软件中的均衡器工具来体验过滤效果。
以下是一段普通的未经过滤的音乐：
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如果你降低低频信号，你会得到一个高通滤波器。听起来是这样的：
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听起来尖锐多了，也有点刺耳。
如果你降低高频，让低频不变地通过，你会得到一个低通滤波器。听起来是这样的：
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你可以听到脆盒沙哑的声音。
啥是滤波器
接下来，我们将构建一个低通滤波器电路。RC滤波器由一个电阻和一个电容组成，非常简单：
输入原始信号，输出滤波后的信号。该电路的工作原理是电容器两端的电压不能突然变化。Cqdzs用一个电阻来减缓电容的充电速度，你的输出电压可能跟不上输入电压的突变。结果，高频信号被滤除：
我们使用10 k电阻和10纳法电容来构建电路，稍后我们将看到电路如何影响不同频率的信号。
面包板上组装的电路如下：
下图显示了计算低通滤波器截止频率的公式：
如果我们把10 k欧姆和10纳法的电容带入上式，可以计算出截止频率为1592 Hz，四舍五入后为1600 Hz:
该低通滤波器的截止频率为1600赫兹。这是什么意思？
这意味着当信号频率低于1600 Hz时，信号可以无损耗地通过滤波器。如果我们把不同频率的正弦波输入到滤波器中，我们可以看到，当频率为45 Hz到200 Hz时，输入和输出完全相同。峰峰值都在10伏左右。
当输入信号的频率接近1600赫兹时，输出信号的幅度开始缓慢下降：
当输入信号频率达到1600 Hz截止频率时，信号衰减约30%:
截止频率是滤波效果真正生效的起点。
值得注意的是，当输入信号频率接近截止频率时，两个正弦波不再对齐。阶段之间有一个转变。这是因为滤波器会在信号中引入一个小延迟。很多时候你不需要在意这种延迟，但有时候你需要注意它的存在：
f58e50004a0c4f589f?from=pc">现在，让我们继续增加输入信号的频率。频率为 15 kHz 时幅度衰减的很厉害。频率为 50 kHz 时，几乎看不出正弦信号了：
上面的波形动图是低通滤波器概念以及其如何影响输入信号幅值的一个直观演示。
理想和现实世界
一个理想的低通滤波器能够完全剔除高于截止频率的所有频率信号并且低于截止频率的信号可以不受影响地通过。
现实世界远非如此。下面是一张现实世界滤波器的伯德图。在实际滤波器中，发生的情况是，对于低频信号，会得到振幅不变的平坦响应。
随着频率慢慢接近截至频率，信号开始衰减：
当信号频率正好为截至频率时信号幅度衰减了 30% （3dB)，变成了 7 伏：
过了截至频率后，信号频率每增加10倍，信号幅度会衰减 20 分贝。这意味着频率每增加 10 倍，幅度就会减少 10 倍。
伯德图是一个查看滤波器在各种频率下的表现的好工具。在我的另一篇教程 LTspice 入门教程2 中，你可以学习如何在 LTspice 中创建它们。
把骡子拉出来溜溜
我们用我们的低通滤波器来过滤一首歌，看看效果如何。
假设我们想要截至频率为 150 赫兹。我们可以使用任意的 R 和 C 值来获得 150 赫兹的截至频率。但是一般先选择电阻的值，再根据电阻的值确定电容的值。这里我们选择1 千欧电阻，电阻太小会造成音乐衰减的厉害。
我们将新的阻值重新带入公式，以根据选定的电阻值计算所需的电容值。 计算算结果表明，我们需要的值是 1.06 微法。 我们将其四舍五入到 1 微法。
这是在面包板上组装好的电路
下面这段音乐是没有滤波的：
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下面这段是滤波之后的：
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可以听到音乐低沉了很多。
滤波器还可以干其他的事
上面是一个低通滤波器在音乐上的应用。低通滤波器还有一些其他方面的应用。
有时你会想用 MCU 的 PWM 方波来输出特定电压值的控制信号。在一些 ADC （模数转换器）的应用中，你希望这个方波输出的电压尽可能地平滑。
基于上面的需求，我们再次拿出上面的计算截至频率的方程，并将截至频率设为 1 赫兹。这里我们选择一个 100 欧姆的电阻值，以便该滤波器仍然可以为 LED 等有后续器件供电。 你应该始终仔细考虑最适合你的输入信号和输出负载的电阻值。
因此，当 R = 100 欧姆时，使用上面的方程，可以计算出电容值为 1592 微法。我们取 2000 微法的电容值。
下面是在面包上搭好的电路：
好的，现在我们输入一个 490 赫兹的 PWM 信号, 平均电压为 2.4 伏。在滤波器的输出端，看起来我们似乎得到了平均电压为 2.52 伏的直流电：
如果降低输入 PWM 信号的占空比，使输入信号的平均电压为 1.42 伏。滤波后，看起来我们得到了一个平均电压为 1.51 伏纯直流电。
全文完！