Passivt høypassfilter

Tidligere har vi diskutert passivt lavpassfilter, nå er det på tide å se innsikt i passivt høypassfilter.

Samme som før, hvis du ser på navnet viser det "Passiv", "Høy", "Pass" og "Filter". Så som navnet antyder, er det et filter som vil blokkere lave frekvenser, men passerer den høye frekvensen over den forhåndsbestemte verdien, som vil bli beregnet av formelen.

Det er "passivt" som betyr ingen ekstern kraft, ingen forsterkning av inngangssignalet; vi vil lage kretsen ved hjelp av "passive" komponenter som ikke krever noen ekstern strømkilde. De passive komponentene er de samme som lavpassfilteret, men tilkoblingsrekkefølgen blir nøyaktig reversert. De passive komponentene er motstand (R) og

kondensator (C). Igjen er det en RC-filterkonfigurasjon.

La oss se hva som skjer hvis vi konstruerer kretsen og sjekker responsen eller "Bode Plot"…

Her er kretsen i dette bildet:

Dette er et RC-filter. Generelt påføres et inngangssignal på denne seriekombinasjonen av ikke-polarisert kondensator og motstand. Det er et første ordens filter, da det bare er en reaktiv komponent i kretsene som er kondensator. Den filtrerte utgangen vil være tilgjengelig på tvers av motstanden. Kombinasjonen av denne duoen er akkurat motsatt av lavpasfilter. Hvis vi sammenligner kretsen med lavpassfilteret, ser vi at motstanden og kondensatoren er ombyttet.

Hvordan fungerer High Pass filter?

Ved lave frekvenser vil kondensatorens reaktans være veldig stor slik at den vil fungere som en åpen krets og blokkere inngangssignalet under kuttfrekvenspunktet (fc). Men når avskjæringsfrekvenspunktet nådde, vil kondensatorens reaktans begynne å redusere og la signalet passere direkte. Vi vil se dette i detalj i frekvensresponskurven.

Her er kurven hvordan den ser like ut på kondensatorens utgang: -

Frekvensrespons og avskjæringsfrekvens

Dette er frekvensresponskurven til den første ordens høypassfilterkrets.

f c Er filterets avskjæringsfrekvens. Ved -3 dB punkt får signalet passere. Denne -3dB betegner også kuttfrekvensen. Fra 10Hz til avskjæringsfrekvensen får ikke signalet passere ettersom frekvensen er lav frekvens, på dette tidspunktet er det stoppbånddelen der signalet ikke får passere fra filteret, men over avskjæringsfrekvensen etter -3dB kalles delen som passbåndsposisjon der signalet får passere. Helning av kurven er + 20 dB per tiår. Nøyaktig motsatt av lavpassfilter.

Formelen for Beregning av gevinst er den samme som vi brukte i vår forrige opplæring i passivt lavpassfilter.

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

Etter avskjæringssignalet øker kretsresponsene gradvis til Vin fra 0, og denne økningen skjer med en hastighet på + 20 dB / tiår. Hvis vi beregner økningen per oktav, vil den være 6 dB.

Denne frekvensresponskurven er Bode-plottet for høypassfilter. Ved å velge riktig kondensator og riktig motstand kunne vi stoppe lave frekvenser, begrense signalet som passerer gjennom filterkretsene uten å påvirke signalet, da det ikke er noe aktivt svar.

I bildet ovenfor er det et ord båndbredde. Det betyr etter hvilken frekvens signalet lar passere. Så hvis det er et 600 kHz høypassfilter, vil båndbredden være fra 600 kHz til uendelig. Da det vil tillate å sende alle signaler over kuttfrekvensen.

Ved avskjæringsfrekvensen vil vi få -3dB forsterkning. På det punktet, hvis vi sammenligner utgangssignalamplituden med inngangssignalet, vil vi se at utgangssignalamplituden ville være 70,7% av inngangssignalet. Også i -3dB gevinst vil den kapasitive reaktansen og motstanden være lik. R = Xc.

Hva er formelen for Cut-off Frequency?

Formelen for avskjæringsfrekvens er nøyaktig den samme som for lavpassfilter.

f c = 1 / 2πRC

Så, R er motstand og C er kapasitans. Hvis vi setter verdien, vil vi kjenne kuttfrekvensen.

Beregning av utgangsspenning

La oss se det første bildet, kretsene der 1 motstand og en kondensator brukes til å danne et høypassfilter eller RC-krets.

Når DC-signal påføres over kretsen er det motstanden til kretsen som skaper fall når strømmen strømmer. Men i tilfelle et vekselstrømssignal er det ikke motstand, men impedans er ansvarlig for spenningsfall, som også måles i ohm.

I RC-kretsen er det to resistive ting. Den ene er motstand og den andre er kondensatorens kapasitive reaktans. Så vi må måle kondensatorens kapasitive reaktans først, da det er nødvendig for å beregne impedansen til kretsene.

Første resistive motstand er kapasitiv reaktans, formelen er: -

Xc = 1 / 2πfC

Utgangen av formelen vil være i ohm, da ohm er enheten med kapasitiv reaktans fordi det er en motstand betyr motstand.

Den andre opposisjonen er motstanden i seg selv. Motstandens verdi er også en motstand.

Så når vi kombinerer denne to motstanden, får vi den totale motstanden, som er impedans i RC (AC signal input) krets.

Impedans betegner som Z

Formelen er: -

Som diskutert tidligere i lavfrekvensen er kondensatorens reaktans for høy til at den fungerer som en åpen krets, kondensatorens reaktans er uendelig ved lav frekvens, slik at den blokkerer signalet. Utgangsforsterkningen er 0 på det tidspunktet, og på grunn av blokken forblir utgangsspenningen 0 til avskjæringsfrekvensen er nådd.

Men i høyfrekvens vil det motsatte skje kondensatorens reaktans er for lav til at den fungerer som en kortslutning, kondensatorens reaktans er 0 ved høy frekvens, så den passerer signalet. Utgangsforsterkningen er 1 på det tidspunktet, det vil si enhetsforsterkningssituasjon, og på grunn av enhetsforsterkning er utgangsspenningen den samme som inngangsspenningen etter at kuttfrekvensen er nådd.

Eksempel med beregning

Som vi allerede vet hva som faktisk skjer inne i kretsen, og hvordan du finner ut verdien. La oss velge praktiske verdier.

La oss hente den vanligste verdien i motstand og kondensator, 330k og 100pF. Vi valgte verdien ettersom den er allment tilgjengelig og den er lettere å beregne.

La oss se hva som vil være kuttfrekvensen og hva som vil være utgangsspenningen.

Kuttfrekvensen vil være: -

Ved å løse denne ligningen er kuttfrekvensen 4825Hz eller 4,825Khz.

La oss se om det er sant eller ikke…

Dette er kretsen i eksemplet.

Som frekvensresponsen som er beskrevet tidligere, vil dB være ved

-3 dB ved avskjæringsfrekvensen, uavhengig av frekvensene. Vi vil søke på -3dB ved utgangssignalet og se om det er 4825Hz (4.825Khz) eller ikke.

Her er frekvensresponsen: -

La oss sette markøren på -3dB og se resultatet.

Som vi kan se frekvensresponsen (også kalt Bode Plot) setter vi markøren på -3,03 dB og får 4,814 KHz båndbreddefrekvens.

Faseendring

Fasevinkel angir som φ (Phi) vil være ved utgangen er +45

Dette er faseskiftet til kretsen, brukt som praktisk eksempel.

La oss finne ut faseforskyvningsverdien ved avskjæringsfrekvens: -

Vi setter markøren på +45

Dette er et andrepass høypassfilter. KAPACITOR og RESISTOR er første ordre og CAPACITOR1 og RESISTOR1 er andre ordre. Kaskader sammen danner de et andre ordens høypassfilter.

Andre ordens filter har en rolle som skråning på 2 x + 20 dB / tiår eller + 40 dB (12 dB / oktav).

Her er responskurven: -

Skråningen er + 20 dB / tiår og den røde ved den endelige utgangen som har en skråning på + 40 dB / tiår.

Dette vil beregne avskjæringsfrekvensen til andreordens høypasskrets.

Akkurat som som lavpassfilter, er det ikke så bra å kaskade to passive høypassfilter, ettersom dynamisk impedans for hver filterordning påvirker annet nettverk i samme kretsløp.

applikasjoner

Lavpasfilter er mye brukt i elektronikk.

Her er få applikasjoner: -

1. Lydmottaker og Equalizer
2. Musikkontrollsystem og diskantfrekvensmodulering.
3. Funksjonsgenerator
4. Cathode Ray TV og oscilloskop.
5. Square Wave Generator fra Triangular wave.
6. Pulsgeneratorer.
7. Ramp to Step Generators.