Filtru pas pas înalt

Anterior am discutat despre filtrul de trecere scăzută pasivă, acum este momentul să arătăm o perspectivă asupra filtrului de trecere înaltă pasiv.

La fel ca înainte, dacă te uiți în nume, apare „Passive”, „High”, „Pass” și „Filter”. Deci, așa cum sugerează și numele, este un filtru care va bloca frecvențele joase, dar va trece frecvența înaltă peste valoarea predeterminată, care va fi calculată prin formulă.

Este „pasiv”, ceea ce înseamnă că nu există putere externă, nici amplificare a semnalului de intrare; vom realiza circuitul folosind componente „pasive” care nu necesită sursă de alimentare externă. Componentele pasive sunt aceleași cu filtrele de trecere joasă, dar ordinea conexiunii va fi inversată exact. Componentele pasive sunt Rezistor (R) și

Condensator (C). Din nou, este o configurație de filtru RC.

Să vedem ce se întâmplă dacă construim circuitul și verificăm răspunsul sau „Bode Plot”…

Iată circuitul din această imagine:

Acesta este un filtru RC. În general, un semnal de intrare este aplicat acestei combinații de serie de condensator nepolarizat și rezistor. Este un filtru de ordinul întâi, deoarece există o singură componentă reactivă în circuit care este condensatorul. Ieșirea filtrată va fi disponibilă pe rezistor. Combinația acestui duo este exact opusă filtrului trece jos. Dacă comparăm circuitul cu filtrul trece jos vom vedea că poziția rezistorului și a condensatorului este schimbată.

Cum funcționează filtrul High Pass?

La frecvențe joase, reactanța condensatorului va fi foarte mare, încât va acționa ca un circuit deschis și va bloca semnalul de intrare sub punctul de frecvență de întrerupere (fc). Dar când punctul de frecvență de tăiere a atins reactanța condensatorului va începe să se reducă și să permită semnalului să treacă direct. Vom vedea acest lucru în detaliu în curba de răspuns în frecvență.

Iată curba cum arată la ieșirea condensatorului: -

Răspuns în frecvență și frecvență de întrerupere

Aceasta este curba de răspuns în frecvență a circuitului de filtrare trece sus de ordinul întâi.

f c Este frecvența de întrerupere a filtrului. În punctul -3dB semnalul este permis să treacă. Acest -3dB denotă, de asemenea, frecvența de tăiere. De la 10Hz până la frecvența de întrerupere, semnalul nu este permis să treacă, deoarece frecvența este de frecvență joasă, în acest moment este porțiunea de bandă de oprire în care semnalul nu este permis să treacă de la filtru, ci deasupra frecvenței de întrerupere după -3dB porțiunea este numită poziția benzii de trecere unde semnalul este permis să treacă. Panta curbei este de + 20dB pe deceniu. Exact opus filtrului trece jos.

Formula de calcul a câștigului este aceeași cu cea folosită în tutorialul nostru anterior în filtru pas pas low.

Câștig (dB) = 20 jurnal (Vout / Vin)

După semnalul de întrerupere, răspunsurile circuitului cresc treptat la Vin de la 0 și această creștere se întâmplă cu o rată de + 20dB / Deceniu. Dacă calculăm creșterea pe octavă, aceasta va fi de 6 dB.

Această curbă de răspuns în frecvență este graficul Bode al filtrului de trecere înaltă. Prin selectarea condensatorului corespunzător și a rezistorului adecvat am putea opri frecvențele joase, limitând semnalul care trece prin circuitele filtrului fără a afecta semnalul, deoarece nu există un răspuns activ.

În imaginea de mai sus, există un cuvânt Lățime de bandă. Semnifică după ce frecvență va permite să treacă semnalul. Deci, dacă este un filtru de trecere înaltă de 600 kHz, lățimea de bandă va fi de la 600 kHz la Infinity. Deoarece va permite să treacă toate semnalele peste frecvența de întrerupere.

La frecvența de întrerupere vom obține un câștig de -3dB. În acel moment, dacă comparăm amplitudinea semnalului de ieșire cu semnalul de intrare, atunci vom vedea că amplitudinea semnalului de ieșire ar fi 70,7% din semnalul de intrare. De asemenea, în -3dB câștig reactanța capacitivă și rezistența ar fi egale. R = Xc.

Care este formula Frecvenței cut-off?

Formula frecvenței de întrerupere este exact aceeași cu cea a filtrului Low Pass.

f c = 1 / 2πRC

Deci, R este rezistență și C este capacitate. Dacă punem valoarea, vom cunoaște frecvența de tăiere.

Calculul tensiunii de ieșire

Să vedem prima imagine, circuitele în care se utilizează 1 rezistor și un condensator pentru a forma un filtru de trecere înaltă sau un circuit RC.

Când semnalul de curent continuu aplicat pe circuit este rezistența circuitului care creează căderea când curge curentul. Dar, în cazul unui semnal de curent alternativ, nu este rezistență, dar impedanța este responsabilă pentru căderea de tensiune, măsurată și în ohmi.

În circuitul RC există două lucruri rezistive. Unul este rezistența și altul este reactanța capacitivă a condensatorului. Deci, trebuie să măsurăm mai întâi reactanța capacitivă a condensatorului, deoarece va fi necesară pentru calcularea impedanței circuitelor.

Prima opoziție rezistivă este reactanța capacitivă, formula este: -

Xc = 1 / 2πfC

Ieșirea formulei va fi în ohmi, deoarece Ohm este unitatea reactanței capacitive, deoarece este o opoziție înseamnă rezistență.

A doua opoziție este rezistența însăși. Valoarea rezistorului este, de asemenea, o rezistență.

Deci, combinând aceste două opoziții, vom obține rezistența totală, care este impedanță în circuitul RC (intrare semnal AC).

Impedanța înseamnă Z

Formula este: -

Așa cum s-a discutat anterior în frecvența joasă, reactanța condensatorului este prea mare pentru a acționa ca un circuit deschis, reactanța condensatorului este Infinit la frecvență joasă, deci este blocarea semnalului. Câștigul de ieșire este 0 la acel moment și, datorită blocului, tensiunea de ieșire rămâne 0 până când se atinge frecvența de întrerupere.

Dar în frecvență înaltă se va întâmpla opusul , reactanța condensatorului este prea mică pentru a acționa ca un scurtcircuit, reactanța condensatorului este 0 la frecvență înaltă, astfel încât să treacă semnalul. Câștigul de ieșire este 1 la acel moment, adică situația de câștig Unity și datorită câștigului de unitate, tensiunea de ieșire este aceeași cu tensiunea de intrare după atingerea frecvenței de întrerupere.

Exemplu cu Calcul

După cum știm deja ce se întâmplă de fapt în interiorul circuitului și cum să aflăm valoarea. Să alegem valori practice.

Să luăm cea mai comună valoare la rezistor și condensator, 330k și 100pF. Am selectat valoarea deoarece este disponibilă pe scară largă și este mai ușor de calculat.

Să vedem care va fi frecvența de întrerupere și care va fi tensiunea de ieșire.

Frecvența de tăiere va fi: -

Rezolvând această ecuație, frecvența de întrerupere este de 4825Hz sau 4.825Khz.

Să vedem dacă este adevărat sau nu…

Acesta este circuitul exemplului.

Deoarece răspunsul de frecvență descris anterior, la frecvența de întrerupere, dB va fi

-3dB, indiferent de frecvențe. Vom căuta -3dB la semnalul de ieșire și vom vedea dacă este 4825Hz (4.825Khz) sau nu.

Iată răspunsul în frecvență: -

Să setăm cursorul la -3dB și să vedem rezultatul.

După cum putem vedea răspunsul în frecvență (numit și Bode Plot), setăm cursorul la -3,03dB și obținem frecvență de lățime de bandă de 4,814 KHz.

Schimbare de fază

Unghiul de fază înseamnă că φ (Phi) va fi la ieșire este +45

Aceasta este schimbarea de fază a circuitului, utilizată ca exemplu practic.

Să aflăm valoarea defazării la frecvența de întrerupere: -

Am setat cursorul la +45

Acesta este un filtru High Pass pentru a doua comandă. CAPACITOR și RESISTOR este primul ordin și CAPACITOR1 și RESISTOR1 este al doilea ordin. Cascadând împreună, formează un filtru de trecere înaltă de ordinul doi.

Filtrul de ordinul doi are un rol de panta de 2 x + 20dB / deceniu sau + 40dB (12dB / octava).

Iată curba de răspuns: -

Panta este de + 20dB / Decadă și cea roșie la ieșirea finală care are o pantă de + 40dB / Deceniu.

Aceasta va calcula frecvența de întrerupere a circuitului de trecere înaltă de ordinul doi.

La fel ca și filtrul Low Pass, nu este atât de bine să cascade două filtre High Pass pasive, deoarece impedanța dinamică a fiecărei ordine de filtru afectează alte rețele din același circuit.

Aplicații

Filtrul trece jos este utilizat pe scară largă în electronică.

Iată câteva aplicații: -

1. Receptor audio și egalizator
2. Sistem de control al muzicii și modulare a frecvenței înalte.
3. Generator de funcții
4. Televiziune cu raze catodice și osciloscop.
5. Generator de unde pătrate de la unda triunghiulară.
6. Generatoare de impulsuri.
7. Rampa la generatoare de pas.