А фильтр верхних частот представляет собой электронный фильтр, который пропускает сигналы с частотой выше определенной частоты среза и ослабляет сигналы на более низких частотах, чем эта частота среза. Этот фильтр является обратным фильтру нижних частот и также известен как HPF, фильтр низких частот или фильтр нижних частот. Сочетание фильтр нижних частот а фильтр верхних частот известен как полосовой фильтр, который пропускает только частоты в определенном диапазоне. Существуют различные типы фильтров верхних частот, основанные на конструкции схемы, а также на компонентах, используемых для разработки такого фильтра; активный фильтр верхних частот, пассивный фильтр верхних частот, фильтр верхних частот RC, фильтр верхних частот первого порядка, фильтр верхних частот второго порядка, Баттерворт Фильтры верхних частот Чебышева и Бесселя. В этой статье кратко объясняется пассивный фильтр верхних частот, его схема, работа, типы и применение.
Что такое пассивный фильтр верхних частот?
Тип электронного фильтра, который пропускает только высокочастотные сигналы и блокирует низкочастотные сигналы, известен как пассивный фильтр верхних частот. Этот фильтр также известен как пассивный фильтр, поскольку для его работы не требуется внешний источник питания, а также он зависит исключительно от энергии входящего сигнала.
Этот фильтр разработан с использованием таких пассивных компонентов, как; резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы. Эти значения компонентов просто определяют частоту среза фильтра, где эта частота ниже сигналов, которые блокируются или ослабляются.
Схема пассивного фильтра верхних частот
Ниже показана схема пассивного фильтра верхних частот, в которой используются резистор и конденсатор. Эта схема аналогична пассивному ФНЧ, но резистор и конденсатор внутри схемы просто заменены местами. Конденсатор в схеме пассивного фильтра верхних частот подключается просто последовательно через резистор. Обычно, когда входной сигнал подается на последовательную комбинацию неполяризованного конденсатора и резистора, тогда отфильтрованный выходной сигнал доступен или проходит через резистор.
Этот фильтр просто пропускает более высокие частоты и блокирует низкочастотные сигналы. Значение частоты среза в основном зависит от номиналов компонентов, выбранных для проектирования схемы. Эти фильтры имеют несколько применений в высокочастотном диапазоне 10 МГц. Из-за взаимозаменяемости компонентов внутри этой схемы характеристики подаваемого конденсатора будут меняться, что прямо противоположно характеристике фильтра нижних частот.
Конденсатор в этой схеме на низких частотах ведет себя как разомкнутая цепь, а на более высоких частотах; это действует как короткое замыкание. В этой схеме конденсатор блокирует более низкие частоты, поступающие в конденсатор, из-за емкостного реактивного сопротивления конденсатора.
Конденсатор противодействует некоторому току в этой цепи, ограничивая диапазон емкости конденсатора. Таким образом, конденсатор после частоты среза пропускает все частоты из-за значения уменьшения емкостного реактивного сопротивления. Таким образом, эта схема фильтра пропускает весь входной сигнал на выход всякий раз, когда частота входного сигнала выше по сравнению с частотой среза «fc».
Значение реактивного сопротивления увеличивается на более низких частотах, тогда увеличивается способность сопротивляться протеканию тока через конденсатор. Полоса частот ниже частоты среза называется «полосой остановки», а полоса частот после частоты среза называется «полосой пропускания».
Частота среза
Формула для частоты среза пассивного фильтра верхних частот показана ниже. Эта формула аналогична фильтру нижних частот.
Fc = 1/2πRC
Где находится «Р» сопротивление & «C» — емкость.
Фазовый угол пассивного фильтра верхних частот
Фазовый угол пассивного фильтра HPF обозначается φ (Phi), который будет равен +45 на выходе для сигнала i/p на частоте среза -3 дБ (или).
Согласно частотной характеристике фильтра, он пропускает все сигналы выше частоты среза до бесконечности. Формула фазового сдвига не похожа на фильтр нижних частот, поскольку в этом фильтре фаза становится отрицательной, хотя в HPF это положительный фазовый сдвиг, поэтому формула фазового угла равна:
Фазовый сдвиг (φ) = арктанс (1/2πfRC)
Постоянная времени
Конденсатор в цепи получает эффект зарядки и разрядки от частот входного сигнала, известный как постоянная времени, которая обозначается τ (Тау). Постоянная времени также связана с частотой среза.
τ = RC = 1/2πfc
Иногда, когда у нас есть значение постоянной времени, нам нужно знать частоту среза, поэтому, изменив формулу, мы можем получить приведенное ниже уравнение.
fc = 1/2πRC
Мы знаем, что τ = RC
Таким образом, приведенное выше уравнение примет вид fc = 1/2πτ.
Пример
Схема активного фильтра верхних частот с использованием резистора 330 кОм и конденсатора 100 пФ показана ниже. Рассчитаем частоту среза.
Формула для расчета частоты среза показана ниже.
Частота среза fc = 1/2πfC
Мы знаем, что значения резистора 330 кОм и конденсатора 100 пФ подставьте эти значения в приведенное выше уравнение.
Частота среза fc = 1/2 x 3,14 x 330000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825 Гц (или) 4,825 кГц.
Передаточная функция пассивного фильтра верхних частот
Передаточная функция объясняет основную взаимосвязь между входными и выходными сигналами пассивного фильтра верхних частот. Итак, передаточная функция расчета пассивного HPF обсуждается ниже.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Во = ЕСТЬ
Пт/Пт
ИК/I (R + 1/jωC)
Vo/ Vin = RjωC / R jωC + 1)
Возьмем RC = 1/ωC
Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/ Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
Приведенное выше уравнение представляет собой передаточную функцию пассивного фильтра верхних частот. Таким образом, коэффициент усиления напряжения при каждом значении «ω» фильтра можно измерить с помощью приведенного выше уравнения.
Типы пассивных фильтров верхних частот
Существует два типа пассивных фильтров верхних частот; Пассивный HPF первого порядка и пассивный HPF второго порядка, которые обсуждаются ниже.
Пассивный HPF первого порядка
Схема пассивного фильтра верхних частот первого порядка показана ниже. Эта схема может быть спроектирована только с одним реактивным компонентом с резистором. Эта схема фильтра блокирует низкочастотные сигналы, но пропускает высокочастотные сигналы выше установленного значения. В этой схеме используются пассивные компоненты и не требуется внешний источник питания. Всякий раз, когда входной сигнал подается на эту последовательную комбинацию конденсатора и резистора, отфильтрованный выходной сигнал будет получен на резисторе.
Формула частоты среза для пассивного HPS первого порядка такая же, как и для пассивного фильтра нижних частот, который показан ниже.
fc = 1/2πRC
Пассивный HPF второго порядка
Схема пассивного фильтра верхних частот второго порядка показана ниже. Эта схема фильтра спроектирована путем каскадного соединения двух ФВЧ первого порядка. В этой схеме используются два реактивных компонента два конденсаторы и два резистора, что делает схему фильтра второго порядка. Таким образом, производительность этого двухступенчатого фильтра эквивалентна одноступенчатому фильтру, хотя крутизна этого фильтра может быть получена на уровне -40 дБ/декада из-за изменения частоты среза.
Этот фильтр очень эффективен по сравнению с одноступенчатым фильтром, поскольку он включает в себя две точки хранения. Итак, частота среза двухкаскадного фильтра в основном зависит от двух конденсаторов и двух резисторы значения, которые задаются как;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Гц
Приложения
применение пассивных фильтров верхних частот включая следующее.
- Пассивный фильтр верхних частот — это фильтр, который блокирует низкие частоты, но пропускает высокие частоты выше заданного значения.
- Пассивные фильтры верхних частот используются в эквалайзерах и аудиоприемниках.
- Они используются в системах управления музыкой и модуляция частоты .
- Они используются в функциональных генераторах, генераторах импульсов, линейно-шаговых генераторах, CRO, ЭЛТ и т. д.
- Эти фильтры обычно используются при обработке звука для удаления низкочастотного шума в аудиоусилителях там, где требуются максимальные частоты.
- Эти фильтры часто используются в фильтрах HPF для улучшения краев, а также других высокочастотных компонентов цифровых изображений.
- Они используются в различных промышленных, а также научных приложениях, таких как; сейсмический анализ, радиолокационные системы и биомедицинская область для понимания ЭКГ.
- Эти типы фильтров являются важными инструментами в электронике и обработке сигналов, позволяющими разрешать высокочастотные сигналы и блокировать низкочастотные сигналы.
Таким образом, это обзор пассивного фильтр верхних частот, схемы, рабочий , типы и их приложения. Схема фильтра состоит только из пассивных компонентов, таких как; резистор и конденсатор. Этим фильтрам не требуется какой-либо внешний источник, поэтому они не имеют усиления, что означает, что амплитуда выходного сигнала всегда эквивалентна или ниже амплитуды входного сигнала. Эти конструкции фильтров чрезвычайно просты, а компоненты, используемые для их изготовления, также очень дешевы. Вот вам вопрос, что такое пассивный фильтр нижних частот?
