带通滤波器（BPF）原理、电路图、类型及应用特性
在信号处理中，滤波器是一种用于允许所需频率分量以及去除不需要的频率分量的设备。过滤可以定义为通过去除一些频率来减少接口信号背景噪声。
滤波器电路中用于将LPF（低通滤波器）和HPF（高通滤波器）特性合并为唯一的滤波器，称之为带通滤波器（BPF）。而对于不同种类的滤波器来说，还可以分为模拟/数字、有源/无源、线性/非线性、时变/时不变等类型。在本文中，小编简单介绍下带通滤波器原理、电路图、类型及应用特性。
带通滤波器的概念
带通滤波器是指允许信号在两个特定频率之间流动的电路，尽管将这些信号划分为其它频率。带通过滤器有不同的类型，一些带通滤波器的设计可以通过外部电源以及集成电路、晶体管等有源元件来完成，它们被称为有源带通滤波器。同样，有些滤波器使用任何类型的电源以及电容器和电感器等无源元件，称为无源带通滤波器。
带通滤波器适用于无线发射器和接收器。在发射机中可用于将输出信号的带宽限制在最低必要水平，并以首选的速度和形式传输数据。类似地，在接收器中，带通滤波器允许对首选频率范围内的信号进行解码，同时远离不必要频率的信号。接收器的信噪比 (S/N) 可以通过BPF进行优化。
带通滤波器电路
带通滤波器电路的最佳示例是如下所示的RLC电路，该滤波器也可以通过合并LPF和HPF来设计。在带通滤波器中，需要说明是一种滤波器，否则它就是滤波过程。它与通带不同，通带是指受影响频谱的实部。而完美的带通滤波器没有增益和衰减，因此它是完全电平通带，这将完全衰减通带外的每一个频率。
实际上，带通滤波器并不理想，并且不会完全衰减首选频率之外的每个频率。特别是，在建议的通带之外有一个部分频率被衰减，但未被丢弃，这被称为滤波器滚降，通常情况下，它以每倍频程的衰减dB为单位指定，否则为十倍频。
另外，滤波器带宽是指高频率和低频率之间的差异。形状因数是用两个不同的衰减值计算的带宽分数，用于确定截止频率，例如，2:1的20/2dB形状因数意味着在20 dB衰减的频率之间计算的带宽是两倍以2 dB衰减的频率计算。
带通滤波器的类型
带通滤波器可以分为宽带通滤波器和窄带通滤波器两种类型。
1、宽带通滤波器
宽带通滤波器(WBPF) 可以通过丢弃低通和高通段来形成，这通常是用于简单设计和操作的不同电路。
宽带通滤波器被许多实用电路所认可。通过使用两个部分可以形成具有± 20 dB/十倍频程的带通滤波器，例如一阶低通以及可以去掉高通部分。类似地，通过串联两个二阶滤波器，即低通和高通滤波器可以形成 ± 40 dB/十倍频的带通滤波器。这意味着带通滤波器的顺序由低通和高通滤波器的顺序决定，带通滤波器图如下所示：
± 20 dB/十倍频的带通滤波器可以由一阶HPF组成。一阶LPF的频率响应如下图所示。
通常情况下，窄带通滤波器（NBPF）使用多个反馈。这个带通滤波器使用一个运算放大器，具体如下图所示，该过滤器的主要特点主要有以下几点。
- 此滤波器的另一个名称是多反馈滤波器，因为它包括两个反馈通道。
- 运算放大器用于反相模式。
- 该滤波器的频率响应如下图所示：
R1 = Q/2∏ fc CAf
R2 =Q/2∏ fc C(2Q2-Af)
R3 = Q /∏ fc C
由上式可知，在中频处，Af表示增益，因此Af = R3 / 2R1，但是，Af 应该满足这个条件，即Af<2Q2。
与此同时，多个反馈滤波器的 fc（中心频率）可以朝着新的频率fc改变，而不会改变带宽或增益。这可以通过将R2更改为R2'来实现，这样可以得出：R2 '= R2 * ( fc / fc ) 2。
带通滤波器计算器实例
下面的电路是无源带通滤波器的计算器应用实例电路图：
通过使用这个电路可以计算出无源带通滤波器。无源带通滤波器计算器的公式如下：
对于低截止频率 = 1/2∏R2C2
对于高截止频率 = 1/2∏R1C1
同样，也可以计算有源反相运算放大器BPF和有源同相运算放大器BPF。
带通滤波器应用
带通滤波器的应用包括以下几方面内容：
- 广泛适用于无线发射器和接收器。
- 可用于优化S/N比（信噪比）。
- 发射机中滤波器的主要目的是将输出信号的带宽限制在选定的通信频段内。
- 广泛用于光学领域，如激光雷达、激光等。
- 最佳应用是音频信号处理，在任何需要特定范围的声音频率的地方，尽管删除其余的。
- 适用于声纳、仪器、医疗和地震学应用。
- 用于从各种信号中选择特定信号的通信系统。
总结
以上就是关于带通滤波器原理、电路图、类型及应用特性等相关内容介绍。从以上信息可以看出，这些滤光片的其它应用领域还包括天文学，因为这些滤光片只允许一部分光进入设备。此外，这些滤光片可以帮助找到主要系列中恒星斜倚的位置，识别红移等。
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