A filtr górnoprzepustowy to filtr elektroniczny, który przepuszcza sygnały o częstotliwości wyższej niż określona częstotliwość odcięcia i tłumi sygnały o częstotliwościach niższych niż ta częstotliwość odcięcia. Filtr ten jest odwrotnością filtra dolnoprzepustowego i jest również znany jako HPF, filtr basowy lub filtr dolnoprzepustowy. Połączenie Filtr dolnoprzepustowy a filtr górnoprzepustowy jest znany jako filtr pasmowy, który dopuszcza tylko częstotliwości z określonego zakresu. Istnieją różne rodzaje filtrów górnoprzepustowych w zależności od konstrukcji obwodu, a także komponentów wykorzystanych do zaprojektowania filtra, np.; aktywny filtr górnoprzepustowy, pasywny HPF, RC HPF, HPF pierwszego rzędu, HPF drugiego rzędu, Butterwortha , Filtry górnoprzepustowe Czebyszewa i Bessela. W tym artykule pokrótce wyjaśniono pasywny filtr górnoprzepustowy, jego obwód, działanie, typy i zastosowania.
Co to jest pasywny filtr górnoprzepustowy?
Rodzaj filtra elektronicznego stosowanego w celu umożliwienia przejścia wyłącznie sygnałów o wysokiej częstotliwości i blokowania sygnałów o niskiej częstotliwości, nazywany jest pasywnym filtrem górnoprzepustowym. Filtr ten jest również nazywany filtrem pasywnym, ponieważ do działania nie potrzebuje zewnętrznego źródła zasilania, a także zależy wyłącznie od energii przychodzącego sygnału.
Filtr ten został zaprojektowany z elementów pasywnych, takich jak; rezystory, cewki indukcyjne i kondensatory. Te wartości składowych po prostu decydują o częstotliwości odcięcia filtra, gdy częstotliwość ta jest niższa od sygnałów, które są blokowane lub tłumione.
Obwód pasywnego filtra górnoprzepustowego
Poniżej pokazano obwód pasywnego filtra górnoprzepustowego, w którym zastosowano rezystor i kondensator. Obwód ten jest podobny do pasywnego LPF, ale rezystor i kondensator są po prostu zamienione w obwodzie. Kondensator w obwodzie pasywnego filtra górnoprzepustowego jest po prostu połączony szeregowo za pomocą rezystora. Ogólnie rzecz biorąc, gdy sygnał wejściowy jest dostarczany do szeregowej kombinacji niepolaryzowanego kondensatora i rezystora, wówczas filtrowany sygnał wyjściowy jest dostępny lub przesyłany przez rezystor.
Filtr ten po prostu przepuszcza wyższe częstotliwości i blokuje sygnały o niższej częstotliwości. Wartość częstotliwości granicznej zależy głównie od wartości elementów dobranych do projektu obwodu. Filtry te mają kilka zastosowań w zakresie wysokich częstotliwości 10 MHz. Ze względu na wymianę komponentów w tym obwodzie, reakcje dostarczonego kondensatora będą się zmieniać, co jest dokładnie odwrotne do odpowiedzi filtra dolnoprzepustowego.
Kondensator w tym obwodzie przy niskich częstotliwościach zachowuje się jak obwód otwarty, a przy wyższych częstotliwościach; działa to jak zwarcie. W tym obwodzie kondensator blokuje niższe częstotliwości dochodzące do kondensatora ze względu na reaktancję pojemnościową kondensatora.
Kondensator przeciwstawia się pewnej ilości prądu w tym obwodzie, aby związać się w zakresie pojemności kondensatora. Zatem kondensator po częstotliwości odcięcia pozwala na wszystkie częstotliwości ze względu na wartość redukcji reaktancji pojemnościowej. To sprawia, że ten obwód filtra przekazuje cały sygnał wejściowy na wyjście, gdy częstotliwość sygnału wejściowego jest wyższa w porównaniu z częstotliwością odcięcia „fc”.
Wartość reaktancji wzrasta przy niższych częstotliwościach, wówczas zwiększa się zdolność przeciwstawiania się przepływowi prądu przez kondensator. Pasmo częstotliwości poniżej częstotliwości odcięcia nazywane jest „pasmem końcowym”, a pasmo częstotliwości po częstotliwości odcięcia nazywane jest „pasmem przepustowym”.
Częstotliwość odcięcia
Poniżej przedstawiono wzór na częstotliwość odcięcia dla pasywnego filtra górnoprzepustowego. Formuła ta jest podobna do filtra dolnoprzepustowego.
Fc = 1/2πRC
Gdzie jest „R”. opór & „C” to pojemność.
Kąt fazowy pasywnego filtra górnoprzepustowego
Kąt fazowy pasywnego HPF jest oznaczony przez φ (Phi), który będzie wynosić +45 na wyjściu od sygnału i/p przy -3dB (lub) częstotliwości odcięcia.
Zgodnie z charakterystyką częstotliwościową filtra przepuszcza on wszystkie sygnały powyżej częstotliwości odcięcia do nieskończoności. Wzór na przesunięcie fazowe nie jest podobny do filtra dolnoprzepustowego, ponieważ w tym filtrze faza stanie się ujemna, chociaż w HPF jest to dodatnie przesunięcie fazowe, zatem wzór na kąt fazowy wygląda następująco:
Przesunięcie fazowe (φ) = arctan (1/2πfRC)
Stała czasowa
Kondensator w obwodzie ładuje i rozładowuje pod wpływem częstotliwości sygnału wejściowego, co jest znane jako stała czasowa, oznaczana przez τ (Tau). Stała czasowa jest również powiązana z częstotliwością odcięcia.
τ = RC = 1 / 2πfc
Czasami, gdy mamy wartość stałej czasowej, musimy znać częstotliwość odcięcia, więc zmieniając wzór, możemy uzyskać poniższe równanie.
fc = 1/2πRC
Wiemy, że τ = RC
Zatem powyższe równanie przyjmie postać fc = 1 / 2πτ.
Przykład
Poniżej pokazano obwód aktywnego filtra górnoprzepustowego wykorzystujący rezystor 330k i kondensator 100pF. Oblicz częstotliwość odcięcia.
Poniżej przedstawiono wzór na obliczenie częstotliwości odcięcia.
Częstotliwość odcięcia fc = 1/2πfC
Wiemy, że wartości rezystora 330k i kondensatora 100pF zastępują te wartości w powyższym równaniu.
Częstotliwość odcięcia fc = 1/2 x 3,14 x 330000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825 Hz (lub) 4,825 kHz.
Funkcja pasywnego przenoszenia filtra górnoprzepustowego
Funkcja przenoszenia wyjaśnia główną zależność pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi pasywnego filtra górnoprzepustowego. Zatem funkcję przenoszenia pasywnego obliczenia HPF omówiono poniżej.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Vo = JEST
Piątek/piątek
IR/I (R + 1/jωC)
Vo/ Vin = RjωC / RjωC + 1)
Weź RC = 1/ωC
Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/ Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
Powyższe równanie jest funkcją pasywnego przenoszenia filtra górnoprzepustowego. Zatem wzmocnienie napięcia przy każdej wartości „ω” filtra można zmierzyć za pomocą powyższego równania.
Rodzaje pasywnych filtrów górnoprzepustowych
Istnieją dwa typy pasywnych filtrów górnoprzepustowych; pasywny HPF pierwszego rzędu i pasywny HPF drugiego rzędu, które omówiono poniżej.
Pasywny HPF pierwszego rzędu
Poniżej pokazano obwód pasywnego filtra górnoprzepustowego pierwszego rzędu. Obwód ten można zaprojektować z tylko jednym elementem reaktywnym z rezystorem. Ten obwód filtra blokuje sygnały o niskiej częstotliwości, ale przepuszcza sygnały o wysokiej częstotliwości powyżej ustawionej wartości. Obwód ten wykorzystuje komponenty pasywne i nie wymaga żadnego zewnętrznego źródła zasilania. Ilekroć sygnał wejściowy jest dostarczany do tej szeregowej kombinacji kondensatora i rezystora, wówczas przefiltrowany sygnał wyjściowy zostanie uzyskany na rezystorze.
Wzór na częstotliwość odcięcia dla pasywnego HPS pierwszego rzędu jest taki sam jak dla pasywnego filtra dolnoprzepustowego pokazanego poniżej.
fc = 1/2πRC
Pasywny HPF drugiego rzędu
Poniżej pokazano obwód pasywnego filtra górnoprzepustowego drugiego rzędu. Ten obwód filtra został zaprojektowany poprzez kaskadowe połączenie dwóch HPF pierwszego rzędu. Obwód ten wykorzystuje dwa elementy reaktywne dwa kondensatory i dwa rezystory, co sprawia, że obwód filtra jest drugiego rzędu. Zatem wydajność filtra dwustopniowego jest równoważna filtrowi jednostopniowemu, chociaż nachylenie tego filtra można uzyskać przy -40 dB/dekadę ze względu na różnice w częstotliwości odcięcia.
Filtr ten jest bardzo wydajny w porównaniu do filtra jednostopniowego, gdyż zawiera dwa punkty magazynowania. Zatem częstotliwość odcięcia dla filtra dwustopniowego zależy głównie od dwóch kondensatorów i dwóch rezystory wartości, które są podawane jako;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz
Aplikacje
The zastosowania pasywnych filtrów górnoprzepustowych uwzględnij poniższe.
- Pasywny filtr górnoprzepustowy to filtr, który blokuje niskie częstotliwości, ale przepuszcza wysokie częstotliwości powyżej określonej wartości.
- Pasywne filtry górnoprzepustowe są stosowane w korektorach i odbiornikach audio.
- Są one stosowane w systemach sterowania muzyką i modulacja częstotliwości .
- Są one stosowane w generatorach funkcyjnych, generatorach impulsów, generatorach rampy-kroku, CRO, CRT itp.
- Filtry te są zwykle używane w przetwarzaniu dźwięku do usuwania szumów o niskiej częstotliwości we wzmacniaczach audio wszędzie tam, gdzie wymagane są maksymalne częstotliwości.
- Filtry te są często używane w filtrach HPF w celu uwydatnienia krawędzi oraz innych składowych o wyższej częstotliwości w obrazach cyfrowych.
- Są one wykorzystywane w różnych zastosowaniach przemysłowych i naukowych, takich jak; analizy sejsmiczne i systemy radarowe oraz w dziedzinie biomedycyny w celu zrozumienia EKG.
- Tego typu filtry są kluczowymi narzędziami w elektronice i przetwarzaniu sygnałów, umożliwiającymi sygnałom o wysokiej częstotliwości przepuszczanie i blokowanie sygnałów opartych na niskiej częstotliwości.
Jest to zatem przegląd strony biernej filtr górnoprzepustowy, obwody, sprawny , rodzaje i zastosowania. Obwód filtra został zaprojektowany wyłącznie z elementów pasywnych, takich jak; rezystor i kondensator. Filtry te nie wymagają żadnego źródła zewnętrznego, więc nie mają wzmocnienia, co oznacza, że amplituda sygnału wyjściowego jest zawsze równa lub niższa od amplitudy sygnału wejściowego. Te konstrukcje filtrów są niezwykle proste, a komponenty użyte do ich wykonania są również bardzo tanie. Oto pytanie do Ciebie, co to jest pasywny filtr dolnoprzepustowy?
