低通滤波器（Low-pass Filter）是一种电子电路或信号处理系统，用于将输入信号中的高频成分滤除，只保留低频成分。换句话说，低通滤波器允许低于某个截止频率的频率通过，并且阻塞高于该频率的频率。

低通滤波器在信号处理中具有重要的作用，常用于去除信号中的高频噪声或干扰，平滑信号波形，提取信号的基本成分等。其基本原理是通过电容、电感和电阻等元件的组合，使得高频信号在电路中受到较大的衰减，而低频信号几乎不受影响。

低通滤波器通常由一个截止频率和一个通带增益定义。截止频率是指在该频率以下的信号通过滤波器时，其幅度下降到通带增益的一半。低通滤波器的通带增益表示在截止频率以下信号通过时的增益。

低通滤波器电路

低通滤波器电路常用于滤除整流输出电压中的纹波。一般由电抗元件组成，如与负载电阻并联的电容C，或与负载串联的电感L，以及电容、电感组成的各种复杂的滤波电路。最简单的滤波电路如下：

临界频率公式：

常用的滤波电路有无源低通滤波器和有源低通滤波器。如果滤波电路元件仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波、复合滤波（包括倒L型、LC滤波、LCπ滤波、RCπ滤波等）。如果滤波电路既由无源器件组成，又由有源器件(双极管、单极管、集成运放)组成，则称为有源滤波电路。有源滤波的主要形式是有源RC滤波器，也称为电子滤波器。

无源滤波器电路

无源滤波电路结构简单，易于设计，但其通带放大倍数和截止频率随负载变化而变化，因此不适合信号处理要求较高的场合。无源滤波电路通常用于电源电路中，如直流电源整流后的滤波，或者使用大电流负载时的LC（电感、电容）电路滤波。

有源滤波器电路

有源滤波电路的负载不影响有源低通滤波器特性，因此常用于信号处理要求较高的场合。有源滤波电路一般由RC网络和集成运算放大器组成，因此必须在合适的直流电源条件下使用，也可以进行放大。但电路的组成和设计也比较复杂。有源滤波器电路不适用于高电压、大电流的场合，仅用于信号处理。 

根据滤波器的特性，其电压放大倍数的幅频特性可以准确地描述该电路是低通、高通、带通还是带阻滤波器。因此，如果能够定性分析通带和阻带中哪一个是频带，就可以判断滤波器的类型。

识别滤波器的方法

如果信号频率趋于零，则有一定的电压放大倍数，当信号频率趋于无穷大时，电压放大倍数趋于零，则为低通滤波器；反之，如果信号频率趋于无穷大，则时时存在一定的电压放大倍数，当信号频率趋于零时，电压放大倍数趋于零，为高通滤波器；如果当信号频率趋于零和无穷大时，电压放大系数趋于零，则为带通滤波器。反之，如果电压放大倍数相同定值时，信号频率趋于零和无穷大，且电压放大倍数在一定频率范围内趋于零，则为带阻滤波器。

低通滤波器电路的截止频率

滤波器不能引起衰减的频率范围称为通带，能够引起衰减的频率范围称为阻带。模拟滤波器，例如 RC 低通滤波器，总是从通带传输到阻带。这意味着不可能识别滤波器停止通过信号并开始阻止信号的频率。然而，工程师需要一种方便而简洁的方法来总结滤波器的频率响应，这就是低通滤波器截止频率概念发挥作用的地方。

当您查看 RC 滤波器的频率响应图时，您会注意到术语“截止频率”不是很准确。信号频谱被“分割”成图像的两半，其中一半被保留，另一半被丢弃。它不适用，因为随着频率从截止频率以下移动到截止频率之上，衰减逐渐增加。

RC 低通滤波器的截止频率实际上是输入信号幅度降低 3dB 时的频率（选择该值是因为幅度降低 3dB 对应于功率降低 50%）。因此，截止频率也称为-3 dB频率，这实际上是一个更准确、信息量更大的名称。术语“带宽”是指滤波器通带的宽度，在低通滤波器的情况下等于 -3 dB 频率（如下图所示）。

该图显示了 RC 低通滤波器频率响应的一般特性。带宽等于-3 dB 频率。

RC滤波器的低通现象是由电阻器的与频率无关的阻抗和电容器的与频率相关的阻抗之间的相互作用引起的。为了确定频率响应的细节，我们需要分析电阻和电容之间的关系。我们还可以利用这些值来设计满足准确规格的过滤器。RC低通滤波器的频率响应公式如下：

让我们看一个简单的设计示例。电容值比电阻值更受限制，因此我们将从常见的电容值（例如10 nF）开始。然后我们将使用这个公式来确定我们需要的电阻值。目标是设计一个滤波器，保持 5 kHz 的音频波形并抑制 500 kHz 的噪声波形。

因此，160Ω的电阻值与10nF的电容值组合。这样，我们就得到了一个频率响应非常接近我们需要的滤波器。

高通滤波器和低通滤波器的区别

高通滤波器

高通滤波器也称为低切滤波器，允许高于某个截止频率的频率通过，同时大大衰减较低的频率。它消除了信号中不必要的低频成分和低频干扰。

低通滤波器

低通滤波器是一种滤波方法。其工作原理是低频信号可以正常通过，而超过设定阈值的高频信号则被阻挡和削弱。然而，阻塞和衰减的幅度会根据不同的频率和不同的滤波程序（目的）而变化。有时也称为高切滤波器或高音切滤波器。低通滤波与高通滤波相反。

高通滤波器与低通滤波器

高通滤波器和低通滤波器在滤波器设计和应用中有着不同的作用和特性，主要区别如下：

通过频率：

• 高通滤波器允许高于截止频率的频率成分通过，而阻塞低于截止频率的频率成分。

• 低通滤波器允许低于截止频率的频率成分通过，而阻塞高于截止频率的频率成分。

截止频率：

• 高通滤波器的截止频率是指在该频率以上的信号通过时，其幅度下降到通带增益的一半。

• 低通滤波器的截止频率是指在该频率以下的信号通过时，其幅度下降到通带增益的一半。

应用：

• 高通滤波器常用于去除信号中的低频成分，保留高频信号，例如去除直流偏移、噪声等。

• 低通滤波器常用于去除信号中的高频成分，保留低频信号，例如去除高频噪声、滤波器信号等。

滤波器特性：

• 高通滤波器在截止频率以下有衰减，而在截止频率以上通常有较好的增益。

• 低通滤波器在截止频率以下有较好的增益，而在截止频率以上有衰减。

电路结构：

• 高通滤波器和低通滤波器的电路结构和元件连接方式可能不同，但都包含了电容、电感和电阻等元件。

选择合适的滤波器类型取决于信号处理的具体要求和应用需求。