Passivt højpasfilter

Tidligere diskuterede vi passivt lavpasfilter, nu er det tid til at se indsigt i passivt højpasfilter.

Samme som før, hvis du kigger på navnet viser det "Passiv", "Høj", "Pass" og "Filter". Så som navnet antyder, er det et filter, der blokerer for lave frekvenser, men passerer den høje frekvens over den forudbestemte værdi, som beregnes ved hjælp af formlen.

Det er "passivt", hvilket betyder ingen ekstern effekt, ingen forstærkning af indgangssignalet; vi laver kredsløbet ved hjælp af "passive" komponenter, som ikke kræver nogen ekstern strømkilde. De passive komponenter er de samme som lavpasfilteret, men forbindelsesrækkefølgen vendes nøjagtigt. De passive komponenter er modstand (R) og

kondensator (C). Igen er det en RC-filterkonfiguration.

Lad os se, hvad der sker, hvis vi konstruerer kredsløbet og kontrollerer svaret eller "Bode Plot"…

Her er kredsløbet i dette billede:

Dette er et RC-filter. Generelt tilføres et indgangssignal til denne seriekombination af ikke-polariseret kondensator og modstand. Det er et første ordens filter, da der kun er en reaktiv komponent i kredsløbet, der er kondensator. Den filtrerede udgang vil være tilgængelig på tværs af modstanden. Kombinationen af ​​denne duo er nøjagtig modsat af lavpasfilter. Hvis vi sammenligner kredsløbet med lavpasfilteret, ser vi, at modstanden og kondensatoren er udskiftet.

Hvordan fungerer High Pass filter?

Ved lave frekvenser vil kondensatorens reaktans være meget stor, så den fungerer som et åbent kredsløb og blokerer indgangssignalet under afskæringsfrekvenspunktet (fc). Men når afskæringsfrekvenspunktet nåede, vil kondensatorens reaktans begynde at reducere og lade signalet passere direkte. Vi vil se dette detaljeret i frekvensresponskurven.

Her er kurven, hvordan det ser ens ud på kondensatorens output: -

Frekvensrespons og afskæringsfrekvens

Dette er frekvensresponskurven for det første ordens højpasfilterkredsløb.

f c Er filterets afskæringsfrekvens. Ved -3dB punkt får signalet passere. Denne -3dB angiver også afskæringsfrekvensen. Fra 10Hz til afskæringsfrekvensen får signalet ikke passere, da frekvensen er lav frekvens, på dette tidspunkt er det stopbånddelen, hvor signalet ikke får lov til at passere fra filteret, men over afskæringsfrekvensen efter -3dB kaldes delen som passbåndsposition, hvor signalet får lov til at passere. Hældningen på kurven er + 20 dB pr. Årti. Præcis modsat af lavpasfilter.

Formlen til beregning af forstærkning er den samme som vi brugte i vores tidligere tutorial i passivt lavpasfilter.

Gain (dB) = 20 log (Vout / Vin)

Efter afskæringssignalet stiger reaktionerne i kredsløbet gradvist til Vin fra 0, og denne stigning sker med en hastighed på + 20dB / årti. Hvis vi beregner stigningen pr. Oktav, bliver den 6 dB.

Denne frekvensresponskurve er Bode-plottet med højpasfilter. Ved at vælge korrekt kondensator og korrekt modstand kunne vi stoppe lave frekvenser, begrænse signalet, der passerer gennem filterkredsløbet uden at påvirke signalet, da der ikke er noget aktivt svar.

I ovenstående billede er der et ord båndbredde. Det betyder efter hvilken frekvens signalet tillader at passere. Så hvis det er et 600 kHz højpasfilter, vil båndbredden være fra 600 kHz til uendelig. Da det giver mulighed for at passere alle signaler over afskæringsfrekvensen.

Ved afskæringsfrekvensen får vi -3dB forstærkning. På det tidspunkt, hvis vi sammenligner udgangssignalamplitude med indgangssignal, vil vi se, at udgangssignalamplituden ville være 70,7% af indgangssignalet. Også i -3dB forstærkning ville den kapacitive reaktans og modstand være lig. R = Xc.

Hvad er formlen for afskæringsfrekvens?

Formlen for afskæringsfrekvens er nøjagtig den samme som med lavpasfilter.

f c = 1 / 2πRC

Så R er modstand og C er kapacitans. Hvis vi sætter værdien, kender vi afskæringsfrekvensen.

Beregning af udgangsspænding

Lad os se det første billede, kredsløbet, hvor 1 modstand og en kondensator bruges til at danne et højpasfilter eller RC-kredsløb.

Når jævnstrømsignal påføres over kredsløbet, er det modstanden i kredsløbet, som skaber fald, når strømmen strømmer. Men i tilfælde af et AC-signal er det ikke modstand, men impedans er ansvarlig for spændingsfald, som også måles i ohm.

I RC-kredsløbet er der to resistive ting. Den ene er modstand og den anden er kondensatorens kapacitive reaktans. Så vi er nødt til at måle kondensatorens kapacitive reaktans først, da det er nødvendigt for beregning af kredsløbets impedans.

Første resistive modstand er kapacitiv reaktans, formlen er: -

Xc = 1 / 2πfC

Outputtet med formlen vil være i ohm, da ohm er en enhed med kapacitiv reaktans, fordi det er en modstand betyder modstand.

Den anden opposition er modstanden i sig selv. Modstandens værdi er også en modstand.

Så ved at kombinere denne to modstand får vi den totale modstand, som er impedans i RC (AC signal input) kredsløb.

Impedans betegner som Z

Formlen er: -

Som diskuteret tidligere i lavfrekvensen er kondensatorens reaktans for høj til at den fungerer som et åbent kredsløb, kondensatorens reaktans er uendelig ved lav frekvens, så det blokerer signalet. Outputforstærkning er 0 på det tidspunkt, og på grund af blokken forbliver udgangsspændingen 0, indtil afskæringsfrekvensen er nået.

Men i høj frekvens vil det modsatte ske kondensatorens reaktans er for lav til at den fungerer som en kortslutning, kondensatorens reaktans er 0 ved høj frekvens, så den passerer signalet. Outputforstærkning er 1 på det tidspunkt, det er Unity gain-situation, og på grund af enhedsforstærkning er udgangsspændingen den samme som indgangsspændingen, efter at afskæringsfrekvensen er nået.

Eksempel med beregning

Som vi allerede ved, hvad der faktisk sker inde i kredsløbet, og hvordan man finder ud af værdien. Lad os vælge praktiske værdier.

Lad os samle den mest almindelige værdi i modstand og kondensator, 330k og 100pF. Vi valgte værdien, da den er bredt tilgængelig, og det er lettere at beregne.

Lad os se, hvad der vil være afskæringsfrekvensen, og hvad der vil være udgangsspændingen.

Afskåret frekvens vil være: -

Ved at løse denne ligning er afskæringsfrekvensen 4825Hz eller 4,825Khz.

Lad os se, om det er sandt eller ej…

Dette er kredsløbet i eksemplet.

Som det tidligere beskrevne frekvensrespons, at ved afskæringsfrekvensen vil dB være

-3dB, uanset frekvenser. Vi vil søge -3dB ved udgangssignalet og se om det er 4825Hz (4.825Khz) eller ej.

Her er frekvensresponset: -

Lad os indstille markøren til -3dB og se resultatet.

Som vi kan se frekvensresponset (også kaldet Bode Plot) indstiller vi markøren til -3.03dB og får 4.814KHz båndbreddefrekvens.

Faseskift

Fasevinkel angiver som φ (Phi) ved udgangen er +45

Dette er faseskiftet i kredsløbet, brugt som praktisk eksempel.

Lad os finde ud af faseforskydningsværdien ved afskæringsfrekvens: -

Vi indstiller markøren til +45

Dette er en anden ordens højpasfilter. CAPACITOR og RESISTOR er den første ordre, og CAPACITOR1 og RESISTOR1 er anden orden. Kaskaderende danner de et andet ordens højpasfilter.

Anden ordens filter har en hældningsrolle på 2 x + 20 dB / årti eller + 40 dB (12 dB / oktav).

Her er svarkurven: -

Hældningen er + 20 dB / årti og den røde ved den endelige output, som har en hældning på + 40 dB / årti.

Dette beregner afskæringsfrekvensen for andenordens højpas-kredsløb.

Ligesom som Low Pass-filter er det ikke så godt at kaskade to passive High Pass-filtre, da dynamisk impedans for hver filterordre påvirker andet netværk i samme kredsløb.

Ansøgninger

Lavpasfilter er meget brugt kredsløb i elektronik.

Her er få applikationer: -

1. Lydmodtager og equalizer
2. Musikstyringssystem og diskantfrekvensmodulation.
3. Funktionsgenerator
4. Cathode Ray-tv og oscilloskop.
5. Square Wave Generator fra Triangular wave.
6. Pulsgeneratorer.
7. Ramp til trin generatorer.