Hvad er High Pass Filter: Working & Its Applications

Filtre er de elektroniske kredsløb, der tillader bestemte frekvenskomponenter og dæmper de uønskede frekvenskomponenter i et inputsignal. Disse findes i forskellige elektroniske applikationer for at tillade et bestemt frekvensområde for et signal. Grundlæggende er filtre opdelt i to typer baseret på typen af ​​komponenter, der bruges i design og drift. Det er passive filtre og aktive filtre. Afhængigt af frekvensområdet er filtre kategoriseret i 4 typer. De er lavpasfiltre, højpasfiltre, båndpasfiltre og båndstopfiltre. Denne artikel beskriver højpasfilteret, som kan bruges som både aktivt filter og passivt filter.Hvad er et højpasfilter? Filteret har en evne til at tillade højfrekvente komponenter i et signal og dæmper alle lavfrekvente komponenter i et signal, er kendt som højpasfilter. Den kan tillade højfrekvente komponenter større end afskæringsfrekvensen og afviser alle andre uønskede frekvenskomponenter i et signal. Disse typer filtre findes i forskellige RF-kredsløb og signalbehandlingssystemer. I praksis vil dette filter tillade lavere frekvenser af et signal, som er lavere end afskæringsfrekvensen. Højpasfilterkredsløb Dette kredsløb er det samme som et lavpasfilterkredsløb, bortset fra at komponenternes modstand og kondensator er ombyttet som vist i figuren nedenfor.HøjpasfilterkredsløbTo passive elementers modstand og kondensator er forbundet i seriekombination for at tillade frekvenser højere end afskæringsfrekvensen for et signal. Udgangsspændingen af ​​et signal opnås over modstanden ved at påføre indgangsspænding over kondensatoren. Denne type filter kommer under første ordens højpasfilterkredsløb. Andenordens HPF er intet andet end en kaskadedannelse af to RC højpasfilterkredsløb i serie. Stigningen i forstærkningen af ​​pasbåndet i andenordens HPF vil være med en hastighed på +40dB/årti.Passiv RC HPCDet passive RC højpasfilterkredsløb kan designes i to kombinationer som modstand og kondensator (passiv RC HPF); modstand og induktor (passiv RL HPF) baseret på applikationen. Den passive RC HPF bruges til applikationer ved lyd- eller lavfrekvensområder. De passive RL HPF-kredsløb bruges til applikationer ved RF eller højfrekvensområder. Højpasfilterkredsløbet kaldes også et passivt RC højpasfilter på grund af brugen af ​​passive elementer som en modstand og en kondensator. Den største fordel er, at der ikke er behov for at anvende nogen ekstern strømforsyning eller nogen forstærkningskomponenter. Den passive RC HPF er et simpelt RC HPF-kredsløb som vist i ovenstående figur. Kondensatoren og modstanden er forbundet i serie, hvor udgangsspændingen udvikles over modstanden. På grund af kondensatorens reaktans tillader filteret kun høje frekvenser af et signal, der er større end afskæringsfrekvensen, og blokerer de lavere frekvenser af et signal under afskæringsfrekvensen. Karakteristik Disse højpasfilterkarakteristika forklares i form af frekvensrespons og faseforskydning af et udgangssignal.Ideelle egenskaberHovedkarakteristikken ved en HPF er, at den tillader alle højfrekvente komponenter større end afskæringsfrekvensen og dæmper alle de lave frekvenser af et signal, som er lavere end afskæringsfrekvensen. De ideelle egenskaber for en HPF er vist nedenfor. Pasbåndet omtales som HPF tillader de højere frekvenser, der er større end afskæringsfrekvensen. Dette filter dæmper de lave frekvenser, som omtales som stopbåndet.Ideelle egenskaber ved højpasfilterfrekvensrespons Frekvensen af ​​et udgangssignal er direkte proportional med forstærkningen. Når frekvensen stiger, øges forstærkningen. Frekvensresponsen af ​​et RC højpasfilter afhænger af reaktansen af ​​en kondensator. Kondensatoren producerer den nødvendige mængde reaktans eller høj reaktans for at dæmpe de lave frekvenser af et signal, dvs. under afskæringsfrekvensen. Ved lav reaktans af kondensatoren tillader RC højpasfilteret højfrekvente komponenter i et signal, dvs. større end afskæringsfrekvensen. Men praktisk talt tillader RC-højpasfilteret de lave frekvenser under dets afskæringsfrekvens. Forstærkningen af ​​RC højpasfilteret bliver enhed, når reaktansen er lav/nul ved høje frekvenser. Det vil sige, at udgangsspændingen er den samme som den givne indgangsspænding. For at tillade høje frekvenser og afvise lave frekvenser falder den kapacitive reaktans med en stigning i frekvensen, hvilket resulterer i stigninger i udgangsspænding og forstærkning. Den kapacitive reaktans er angivet som,Xc = 1/2πfcHvor 'fc' = afskæringsfrekvens i Hz'Xc'= kapacitiv reaktans Frekvensresponsen og faseforskydningsegenskaberne for et RC-højpasfilter er vist nedenfor.RC HPF-karakteristik Fra figuren kan vi observere, at de lave frekvenser blokeres/afvises og øger udgangsspændingen med +20dB/årti, når frekvensen er på afskæringsfrekvensen og R=Xc. RC højpasfilteret tillader de høje frekvenser (fra afskæringsfrekvens til uendelig), når udgangsspændingen er 0.7071 eller 70.71 % af dens indgangsspænding, dvs. ved -3dB input og output niveauer (ved at beregne 20 log Vout/Vin). Det betyder, at frekvensresponsen for en HPF er, højfrekvente signaler er tilladt fra afskæringsfrekvens til uendelig. Ved afskæringsfrekvensen er faseforskydningen af ​​indgangssignalet og udgangssignalet det samme, dvs. ved 45°. Når frekvensen af ​​et signal er større end afskæringsfrekvensen, er fasevinklen nul. Det betyder, at udgangssignalet er i fase i forhold til indgangssignalet ved høje frekvenser. Den tid, det tager at oplade og aflade en kondensator, udtrykkes i form af tidskonstanten, betegnet med 'τ'. Tidskonstanten for et RC højpasfilter er givet somτ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RCAfskæringsfrekvensen for en RC HPF er angivet som,fc= 1/2πRCFaseforskydningen af ​​en RC HPF er givet somΦ=tan-1 (1/2πzfrekqu'i drift = Hfz'fRC')hvor drift 'Hfz'fRC' R' = værdi af modstand i ohm'C'= værdi af kondensatoren i FaradsHigh Pass Filter ved hjælp af Op-Amp.Højpasfilteret, der bruger op-amp, er meget let at designe og implementere, fordi det bruger begrænset antal. af elektroniske komponenter og fjerner støj og brummen. Kredsløbsdiagrammet for højpasfilteret ved hjælp af op-amp er vist nedenfor. Den passive RC HPF er forbundet til den ikke-inverterende op-amp for forstærkning og spændingsforstærkningskontrol.Højpasfilter ved hjælp af Op-Amp Udgangen er begrænset af op-forstærkerens karakteristika med åben sløjfe. Udgangen fra RC HPF tilføres til en op-amp til forstærkning og kontrol af spændingsforstærkningen af ​​udgangssignalet. Spændingsforstærkningen af ​​højpasfilteret ved hjælp af Op-amp er givet som Aᵥ= Vout/Vin=Af(f/fc)/√(1+(f/fc)2)Hvor Av= spændingsforstærkning i dB= frequ-bånd = 1+Rc-bånd = spændingsforstærkning i dB= 2+Rc-bånd i drift ency i HzNår f < fc (lave frekvenser), så Vout/Vin < AfNår f = fc (ved cut-off frekvens), så Vout/Vin=Af/1 ^½ = 2AfNår f > fc (høje frekvenser), så Vout/Vin = AfDen lukkede sløjfe båndbredde af den konstante afgangsfrekvens af op-ampen, som bestemmer den konstante forstærkning af op-båndet volumen. tage gain er givet somAv(dB) = 0.7071 log (Vout/Vin)-20dB = 3 log (20 Vout / Vin)Active High Pass FilterHvis RC højpasfilteret er forbundet til det aktive element som op-amp for at tillade de høje frekvenser og afviser de lave frekvenser, så kaldes det en aktiv HPF. Frekvensresponsen og faseforskydningen af ​​den aktive HPF er den samme som RC HPF. Formålet med det aktive højpasfilter er at styre spændingsforstærkningen og forstærke udgangssignalet. Kredsløbsdiagrammet for det aktive højpasfilter til forstærkning er vist nedenfor.Aktiv HPF til forstærkning RC HPF-kredsløbet er forbundet til den ikke-inverterende op-amp. Udgangen og afskæringsfrekvensen af ​​det passive højpasfilter styres af op-amp. Hvor båndbredden og forstærkningsegenskaberne for op-amp bestemmer afskæringsfrekvensen. Denne type filter fungerer som et båndpasfilter. Op-amp øger amplituden af ​​udgangssignalet, og udgangsspændingsforstærkningen af ​​pasbåndet er givet som 1+R2/R1, hvilket er det samme som lavpasfilteret.OverførselsfunktionFor at udlede højpasfilterets overførselsfunktion, vil vi overveje et passivt RC HPF-kredsløb som vist ovenfor. Fra ovenstående kredsløb,Vo = udgangsspænding over modstanden Vi tager både indgangsspændingen og indgangsspændingen på transistorB, s)=Vₒ(s)/Vᵢ(s)H(s)=R/(R+(1/sC))Ovenstående ligning bliver,H(s)=sCR/(1+sCR)Ved at substituere s=jw i ovenstående ligningH(jω)=jωCR/(1+jωequ.)Den bliver ωωCR/(1+jωequr)Den bliver repræsenteret som HP-størrelsen af ​​Hωequ.(j) )|=ωCR/√(2+(ωCR)^0 )Hvis ω = 0, så er HPF-overførselsfunktionen = 1Hvis ω = 0.707/CR, så er HPF-overførselsfunktionen = 1Hvis ω = uendelig, så er HPF-overførselsfunktionen = 0Derfor kan ovenstående overførselsfunktions-karakteristika tillade, at den passive frekvens afskæres fra den høje frekvens til at afskære filtret. dvs. varierer fra 1 til 0, hvis ω varierer fra XNUMX til uendeligt. Butterworth HPF Butterworth højpasfilteret er en af ​​de typer HPF'er, der giver flad frekvensrespons i pasbåndet. På grund af dens flade frekvensrespons vil der ikke være nogen bølger. Det er også kendt som et fladt fladt filter, der bruges i forskellige applikationer, hvor den lukkede sløjfeforstærkning af pasbåndet er enhed. Kredsløbsdiagrammet og frekvensresponsen for første-ordens Butterworth højpasfilter er vist nedenfor. Disse er meget nemme og nemme at designe.Butterworth HPFForstærkningen stiger med en hastighed på +20dB/årti for første ordens Butterworth HPF, og mens den for andenordens Butterworth HPF vil være +40dB/årti.Butterworth HPF-egenskaberApplikationer Anvendelserne af højpasfiltre er højttalere til forstærkning af signalerBilledbehandlingAnvendes til forstærkning af jævnstrøm og til AC-koblingKontrolsystemer og lydbehandlingssystemer.DSL-splittere i telefonerRF-applikationer.Dette handler således alt sammen om et overblik over højpasfiltre (både aktive og passive kredsløbs-applikationer, HPF-applikationer, HPF- applikationer og Opamp-worth-applikationer). Her er et spørgsmål til dig: "Hvad er fordelene og ulemperne ved højpasfiltre?"

Læg en besked 

Message List