Ce este High Pass Filter: Working & its Applications

Filtrele sunt circuitele electronice care permit anumite componente de frecvență și atenuează componentele de frecvență nedorite ale unui semnal de intrare. Acestea se găsesc în diverse aplicații electronice pentru a permite o anumită gamă de frecvențe ale unui semnal. Practic, filtrele sunt împărțite în două tipuri pe baza tipului de componente utilizate în proiectare și funcționare. Sunt filtre pasive și filtre active. În funcție de gama de frecvențe, filtrele sunt clasificate în 4 tipuri. Acestea sunt filtre Low Pass, filtre High Pass, filtre Band Pass și filtre Stop Band. Acest articol descrie filtrul de trecere înaltă, care poate fi utilizat atât ca filtru activ, cât și ca filtru pasiv. Ce este un filtru de trecere înaltă? , este cunoscut sub numele de High Pass Filter. Poate permite componentelor de înaltă frecvență mai mari decât frecvența de întrerupere și respinge toate celelalte componente de frecvență nedorite ale unui semnal. Aceste tipuri de filtre se găsesc în diferite circuite RF și sisteme de procesare a semnalului. În practică, acest filtru va permite frecvențe mai mici ale unui semnal, care este mai mic decât frecvența de întrerupere. Circuit filtru trece înalt Acest circuit este același cu cel al unui circuit filtru trece jos, cu excepția faptului că rezistența componentelor și condensatorul sunt schimbate așa cum se arată în figura de mai jos.Circuitul filtrului de trecere înaltă Două elemente pasive rezistor și condensator sunt conectate în serie, pentru a permite frecvențe mai mari decât frecvența de întrerupere a unui semnal. Tensiunea de ieșire a unui semnal este obținută pe rezistor prin aplicarea tensiunii de intrare pe condensator. Acest tip de filtru intră sub circuitul de filtrare trece sus de ordinul întâi. HPF de ordinul doi nu este altceva decât o cascadă a două circuite de filtrare cu trecere înaltă RC în serie. Creșterea câștigului benzii de trecere în HPF de ordinul doi va fi la o rată de + 40dB / deceniu. rezistor și inductor (RL HPF pasiv) bazat pe aplicație. RC HP pasiv este utilizat pentru aplicații la intervale audio sau de frecvență joasă. Circuitele HPF pasive RL sunt utilizate pentru aplicații la frecvențe RF sau de înaltă frecvență. Circuitul filtrului de trecere înaltă este, de asemenea, numit filtru pasiv RC de trecere înaltă datorită utilizării elementelor pasive, cum ar fi un rezistor și un condensator. Principalul avantaj este că nu este nevoie să se aplice surse de alimentare externe sau componente de amplificare. RC HPF pasiv este un circuit RC HPF simplu așa cum se arată în figura de mai sus. Condensatorul și rezistorul sunt conectate în serie în care tensiunea de ieșire este dezvoltată pe rezistor. Datorită reactanței condensatorului, filtrul permite numai frecvențe înalte ale unui semnal mai mare decât frecvența de întrerupere și blochează frecvențele mai mici ale unui semnal sub frecvența de întrerupere. Caracteristici Aceste caracteristici ale filtrului de trecere înaltă sunt explicate în termeni de răspuns în frecvență și schimbare de fază a unui semnal de ieșire. unui semnal, care sunt mai mici decât frecvența de întrerupere. Caracteristicile ideale ale unui HPF sunt prezentate mai jos. Banda de trecere este denumită HPF care permite frecvențe mai mari, care sunt mai mari decât frecvența de tăiere. Acest filtru atenuează frecvențele joase, care este denumită banda de oprire.Caracteristici ideale ale filtrului de trecere înaltă Răspuns de frecvență Frecvența unui semnal de ieșire este direct proporțională cu câștigul. Pe măsură ce frecvența crește, câștigul crește. Răspunsul în frecvență al unui filtru de trecere înaltă RC depinde de reactanța unui condensator. Condensatorul produce cantitatea necesară de reactanță sau reactanță ridicată pentru a atenua frecvențele joase ale unui semnal, adică sub frecvența de întrerupere. La reactanța scăzută a condensatorului, filtrul de trecere înaltă RC permite componentele de înaltă frecvență ale unui semnal, adică mai mari decât frecvența de întrerupere. Dar, practic, filtrul de trecere înaltă RC permite frecvențele joase sub frecvența de tăiere. Câștigul filtrului de trecere înaltă RC devine unitate atunci când reactanța este scăzută / zero la frecvențe înalte. Adică tensiunea de ieșire este aceeași cu tensiunea de intrare dată. Pentru a permite frecvențe înalte și a respinge frecvențele joase, reactanța capacitivă scade odată cu creșterea frecvenței, ceea ce duce la creșteri ale tensiunii și câștigului de ieșire. Reactanța capacitivă este dată ca, Xc = 1 / 2πfc Unde „fc” = frecvența de tăiere în Hz „Xc” = reactanța capacitivă Răspunsul în frecvență și caracteristicile schimbării de fază ale unui filtru de trecere înaltă RC sunt prezentate mai jos.Caracteristici RC HPF Din figură, putem observa că frecvențele joase sunt blocate / respinse și cresc tensiunea de ieșire cu + 20dB / deceniu când frecvența este la frecvența de întrerupere și R = Xc. Filtrul de trecere înaltă RC permite frecvențele înalte (de la frecvența de tăiere la infinit) atunci când tensiunea de ieșire este de 0.7071 sau 70.71% din tensiunea sa de intrare, adică la nivelurile de intrare și ieșire -3dB (prin calcularea a 20 log Vout / Vin). Aceasta înseamnă că răspunsul în frecvență al unui HPF este, semnalele de înaltă frecvență sunt permise de la frecvența de întrerupere la infinit. Când frecvența unui semnal este mai mare decât frecvența de întrerupere, unghiul de fază este zero. Aceasta înseamnă că semnalul de ieșire este în fază față de semnalul de intrare la frecvențe înalte. Constanta de timp a unui filtru de trecere înaltă RC este dată ca τ = RC = 45 / 1πfcω = 2 / τ = 1 / RCT Frecvența de întrerupere a unui HPF RC este dată, fc = 1 / 1πRCT Schimbarea de fază a unui HPF RC este date ca Filtru cu op-Amp Filtrul de trecere înaltă cu op-amp este foarte ușor de proiectat și implementat, deoarece folosește un număr limitat. componentelor electronice și elimină zgomotul și zumzetul. Schema circuitului filtrului de trecere înaltă folosind op-amp este prezentată mai jos. RC HPF pasiv este conectat la amplificatorul opțional fără inversare pentru controlul amplificării și a câștigului de tensiune.Filtru High Pass folosind op-Amp Ieșirea este limitată de caracteristicile buclei deschise ale amplificatorului op. Ieșirea RC HPF este aplicată unui amplificator op pentru amplificarea și controlul câștigului de tensiune al semnalului de ieșire. / fc) / √ (1+ (f / fc) 2) În cazul în care Av = câștig de tensiune în dB = 1 + R2 / R1Af = câștig banda de trecere fc = frecvență de tăiere în Hzf = frecvență de funcționare în Hz Când f <fc (frecvențe joase) , apoi Vout / Vin <AfWhen f = fc (la frecvența de tăiere), apoi Vout / Vin = Af / 2 ^ ½ = 0.7071AfWhen f> fc (frecvențe înalte), apoi Vout / Vin = Af Lățimea de bandă a buclei închise a amplificatorul Op determină cea mai mare frecvență a HPF, care are câștigul constant al benzii de trecere Af. Magnitudinea câștigului de tensiune este dată caAv (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Filtru trece înalt activ Dacă filtrul trece înalt RC este conectat la elementul activ ca op-amp pentru a permite frecvențele înalte și respinge frecvențele joase, atunci se numește HPF activ. Răspunsul în frecvență și defazarea HPF activ sunt aceleași ca și HPF RC. Scopul filtrului activ de trecere înaltă este de a controla câștigul de tensiune și de a amplifica semnalul de ieșire. Schema circuitului filtrului activ de trecere înaltă pentru amplificare este prezentată mai jos.HPF activ pentru amplificare Circuitul RC HPF este conectat la amplificatorul opțional fără inversare. Ieșirea și frecvența de întrerupere a filtrului pasiv de înaltă trecere sunt controlate de amplificatorul op. În cazul în care lățimea de bandă și caracteristicile de câștig ale amplificatorului operațional determină frecvența de întrerupere. Acest tip de filtru acționează ca un filtru bandpass. Amplificatorul operațional crește amplitudinea semnalului de ieșire și câștigul de tensiune de ieșire al benzii de trecere este dat ca 1 + R2 / R1, care este același cu filtrul de trecere jos. Luați în considerare un circuit HPF pasiv RC așa cum se arată mai sus. Din circuitul de mai sus, Vo = tensiunea de ieșire peste rezistor Vi = tensiunea de intrare aplicată pe condensator Luând Transformarea Laplace atât la intrare cât și la ieșire, H (s) = Vₒ (s) / Vᵢ (s) H (s) = R / (R + (1 / sC)) Ecuația de mai sus devine, H (s) = sCR / (1 + sCR) Înlocuind s = jw în ecuația de mai sus H (jω) = jωCR / (1 + jωCR) Apoi ecuația devine Magnitudinea funcției de transfer HPF este reprezentată ca | H (jω) | = ωCR / √ (1+ (ωCR) ^ 2) Dacă ω = 0, atunci funcția de transfer HPF = 0 Dacă ω = 1 / CR, apoi funcția de transfer HPF = 0.707 Dacă ω = infinit, atunci funcția de transfer HPF = 1 Prin urmare, caracteristicile funcției de transfer de mai sus arată că filtrul pasiv RC de trecere înaltă poate permite frecvențele înalte de la frecvența de întrerupere la i nfinitate. Adică, variază de la 0 la 1 dacă ω variază de la 0 la infinit. Butterworth HPF Filtrul de trecere înaltă Butterworth este unul dintre tipurile de HPF, care oferă un răspuns de frecvență plat în banda de trecere. Datorită răspunsului său de frecvență plană, nu vor exista valuri. Este, de asemenea, cunoscut sub numele de filtru plat-plat, utilizat în diferite aplicații în care câștigul în buclă închisă a benzii de trecere este unitatea. Diagrama circuitului și răspunsul în frecvență al filtrului de trecere înaltă Butterworth de prim ordin sunt prezentate mai jos. Acestea sunt foarte ușoare și ușor de proiectat.Butterworth HPF Câștigul crește cu o rată de + 20dB / deceniu pentru prima comandă Butterworth HPF și în timp ce pentru Butterworth HPF de ordinul doi, va fi de + 40dB / deceniu.Caracteristicile Butterworth HPF Aplicații Aplicațiile filtrelor de trecere înaltă sunt Difuzoare pentru amplificarea semnalelor Procesarea imaginilor Folosit în amplificarea curentului continuu și pentru cuplarea AC Sisteme de control și sisteme de procesare audio Splitteruri DSL în telefoane Aplicații RF Astfel, este vorba despre o prezentare generală a filtrului de trecere înaltă (atât tip activ, cât și pasiv) - definiție, circuit, Butterworth HPF, HPF folosind Op-amp și aplicațiile sale. Iată o întrebare pentru dumneavoastră: „Care sunt avantajele și dezavantajele filtrelor High Pass?”

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje