ΕΝΑ φίλτρο υψηλής διέλευσης είναι ένα ηλεκτρονικό φίλτρο που επιτρέπει σήματα με υψηλότερη συχνότητα από μια συγκεκριμένη συχνότητα αποκοπής και εξασθενεί τα σήματα με χαμηλότερες συχνότητες από αυτή τη συχνότητα αποκοπής. Αυτό το φίλτρο είναι αντίστροφο από το φίλτρο χαμηλής διέλευσης και είναι επίσης γνωστό ως HPF, φίλτρο κοπής μπάσων ή φίλτρο χαμηλής κοπής. Ο συνδυασμός των φίλτρο χαμηλής διέλευσης και το υψηλοπερατό φίλτρο είναι γνωστό ως band pass filter που επιτρέπει μόνο συχνότητες σε ένα συγκεκριμένο εύρος. Υπάρχουν διάφορα είδη υψηλοπερατών φίλτρων με βάση τη σχεδίαση του κυκλώματος καθώς και εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό ενός φίλτρου όπως π.χ. ενεργό υψηλοπερατό φίλτρο, παθητικό HPF, RC HPF, HPF πρώτης τάξης, HPF δεύτερης τάξης, Μπάτεργουορθ , υψηλοπερατά φίλτρα Chebyshev και Bessel. Αυτό το άρθρο εξηγεί συνοπτικά ένα παθητικό υψηλοπερατό φίλτρο, το κύκλωμα, τη λειτουργία, τους τύπους και τις εφαρμογές του.
Τι είναι ένα παθητικό φίλτρο υψηλής διέλευσης;
Ένας τύπος ηλεκτρονικού φίλτρου που χρησιμοποιείται για να επιτρέπει σε σήματα υψηλής συχνότητας να περνούν μόνο σε όλο το μήκος ενώ αποκλείει τα σήματα χαμηλής συχνότητας είναι γνωστό ως παθητικό υψηλοπερατό φίλτρο. Αυτό το φίλτρο είναι επίσης γνωστό ως παθητικό φίλτρο επειδή δεν χρειάζεται εξωτερική πηγή ενέργειας για λειτουργία και επίσης εξαρτάται αποκλειστικά από την ενέργεια του εισερχόμενου σήματος.
Αυτό το φίλτρο έχει σχεδιαστεί με παθητικά στοιχεία όπως: αντιστάσεις, επαγωγείς & πυκνωτές. Αυτές οι τιμές στοιχείων απλώς καθορίζουν τη συχνότητα αποκοπής του φίλτρου, όπου αυτή η συχνότητα είναι κάτω από τα σήματα που είναι μπλοκαρισμένα ή εξασθενημένα.
Παθητικό κύκλωμα φίλτρου υψηλής διέλευσης
Το κύκλωμα σχεδιασμού παθητικού υψηλοπερατού φίλτρου φαίνεται παρακάτω το οποίο χρησιμοποιεί μια αντίσταση και έναν πυκνωτή. Αυτό το κύκλωμα είναι παρόμοιο με το παθητικό LPF αλλά η αντίσταση και ο πυκνωτής απλώς εναλλάσσονται μέσα στο κύκλωμα. Ο πυκνωτής σε ένα παθητικό κύκλωμα υψηλοπερατού φίλτρου συνδέεται απλώς σε σειρά από την αντίσταση. Γενικά, όταν παρέχεται σήμα εισόδου στον σειριακό συνδυασμό ενός μη πολωμένου πυκνωτή και αντίστασης, τότε η φιλτραρισμένη έξοδος είναι διαθέσιμη ή τραβιέται κατά μήκος της αντίστασης.
Αυτό το φίλτρο επιτρέπει απλώς τις υψηλότερες συχνότητες και μπλοκάρει τα σήματα χαμηλότερης συχνότητας. Η τιμή της συχνότητας αποκοπής εξαρτάται κυρίως από τις τιμές των εξαρτημάτων που επιλέγονται για το σχεδιασμό του κυκλώματος. Αυτά τα φίλτρα έχουν πολλές εφαρμογές σε εύρος υψηλών συχνοτήτων 10 MHz. Λόγω της ανταλλαγής εξαρτημάτων σε αυτό το κύκλωμα, οι αποκρίσεις του πυκνωτή που παρέχεται θα αλλάξουν, οι οποίες είναι ακριβώς αντίθετες από την απόκριση του φίλτρου χαμηλής διέλευσης.
Ο πυκνωτής σε αυτό το κύκλωμα στις χαμηλές συχνότητες λειτουργεί σαν ανοιχτό κύκλωμα και σε υψηλότερες συχνότητες. λειτουργεί σαν βραχυκύκλωμα. Σε αυτό το κύκλωμα, ο πυκνωτής μπλοκάρει τις χαμηλότερες συχνότητες που εισέρχονται στον πυκνωτή λόγω της χωρητικής αντίδρασης του πυκνωτή.
Ο πυκνωτής αντιτίθεται σε κάποια ποσότητα ρεύματος σε αυτό το κύκλωμα για να συνδεθεί στην περιοχή χωρητικότητας του πυκνωτή. Έτσι, ο πυκνωτής μετά τη συχνότητα αποκοπής επιτρέπει όλες τις συχνότητες λόγω της τιμής μείωσης της χωρητικής αντίδρασης. Έτσι, αυτό κάνει αυτό το κύκλωμα φίλτρου να περνά ολόκληρο το σήμα εισόδου στην έξοδο κάθε φορά που η συχνότητα του σήματος εισόδου είναι υψηλότερη σε σύγκριση με τη συχνότητα αποκοπής «fc».
Η τιμή της αντίδρασης αυξάνεται σε χαμηλότερες συχνότητες και ενισχύεται η ικανότητα αντίστασης στη ροή του ρεύματος σε όλο τον πυκνωτή. Η ζώνη συχνοτήτων κάτω από τη συχνότητα αποκοπής ονομάζεται «Ζώνη διακοπής» και η ζώνη συχνοτήτων μετά τη συχνότητα αποκοπής ονομάζεται «Ζώνη διέλευσης».
Συχνότητα αποκοπής
Ο τύπος για τη συχνότητα αποκοπής για το παθητικό υψηλοπερατό φίλτρο φαίνεται παρακάτω. Αυτός ο τύπος είναι παρόμοιος με το χαμηλοπερατό φίλτρο.
Fc = 1 / 2πRC
Όπου είναι το «R». αντίσταση & «C» είναι χωρητικότητα.
Γωνία Φάσης Παθητικού Υψηλοπερατού Φίλτρου
Η γωνία φάσης του παθητικού HPF συμβολίζεται με φ (Phi) που θα είναι +45 στην έξοδο από το σήμα i/p στα -3dB (ή) Συχνότητα αποκοπής.
Σύμφωνα με την απόκριση συχνότητας του φίλτρου, περνά όλα τα σήματα από τη συχνότητα αποκοπής στο άπειρο. Ο τύπος μετατόπισης φάσης δεν είναι παρόμοιος με ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης επειδή, σε αυτό το φίλτρο, η φάση θα γίνει αρνητική, αν και στο HPF είναι θετική μετατόπιση φάσης, επομένως ο τύπος γωνίας φάσης είναι.
Μετατόπιση φάσης (φ) = αρκτάνη (1/2πfRC)
Χρονική σταθερά
Ο πυκνωτής στο κύκλωμα λαμβάνει ένα φαινόμενο φόρτισης & εκφόρτισης από τις συχνότητες του σήματος εισόδου είναι γνωστό ως η σταθερά χρόνου που συμβολίζεται με τ (Tau). Η σταθερά χρόνου σχετίζεται επίσης με τη συχνότητα αποκοπής.
τ = RC = 1 / 2πfc
Μερικές φορές, όποτε έχουμε την τιμή της χρονικής σταθεράς, πρέπει να γνωρίζουμε τη συχνότητα αποκοπής, οπότε αλλάζοντας τον τύπο μπορούμε να πάρουμε την παρακάτω εξίσωση.
fc = 1 / 2πRC
Γνωρίζουμε ότι τ = RC
Άρα, η παραπάνω εξίσωση θα γίνει fc = 1 / 2πτ.
Παράδειγμα
Το ενεργό κύκλωμα φίλτρου υψηλής διέλευσης που χρησιμοποιεί αντίσταση 330 k και πυκνωτή 100 pF φαίνεται παρακάτω. Υπολογίστε τη συχνότητα αποκοπής.
Ο τύπος για τον υπολογισμό της συχνότητας αποκοπής φαίνεται παρακάτω.
Συχνότητα αποκοπής fc = 1/2πfC
Γνωρίζουμε ότι οι τιμές αντίστασης 330k και πυκνωτής 100pF αντικαθιστούν αυτές τις τιμές στην παραπάνω εξίσωση.
Συχνότητα αποκοπής fc = 1/2 x 3,14 x 330000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825Hz (ή) 4,825Khz.
Λειτουργία μεταφοράς παθητικού υψηλού φίλτρου
Η λειτουργία μεταφοράς εξηγεί την κύρια σχέση μεταξύ των σημάτων εισόδου και εξόδου του παθητικού υψηλοπερατού φίλτρου. Έτσι, η συνάρτηση μεταφοράς του παθητικού υπολογισμού HPF συζητείται παρακάτω.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Vo = ΕΙΝΑΙ
Παρ/ Παρ
IR/ I (R + 1/jωC)
Vo/ Vin = RjωC / R jωC + 1)
Πάρτε RC = 1/ωC
Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/ Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
Η παραπάνω εξίσωση είναι μια συνάρτηση μεταφοράς παθητικού υψηλοπερατού φίλτρου. Έτσι, το κέρδος τάσης σε κάθε τιμή «ω» ενός φίλτρου μπορεί να μετρηθεί με την παραπάνω εξίσωση.
Τύποι Παθητικών Υψηλοπεραστικών Φίλτρων
Υπάρχουν δύο τύποι παθητικών υψηλοπερατών φίλτρων. παθητικό HPF πρώτης τάξης και παθητικό HPF δεύτερης τάξης που συζητούνται παρακάτω.
Παθητικό HPF πρώτης τάξης
Το κύκλωμα παθητικού υψηλοπερατού φίλτρου πρώτης τάξης φαίνεται παρακάτω. Αυτό το κύκλωμα μπορεί να σχεδιαστεί με μόνο ένα αντιδραστικό εξάρτημα με αντίσταση. Αυτό το κύκλωμα φίλτρου μπλοκάρει τα σήματα χαμηλής συχνότητας αλλά επιτρέπει τα σήματα υψηλής συχνότητας πάνω από την καθορισμένη τιμή. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιεί παθητικά εξαρτήματα και δεν χρειάζεται εξωτερική πηγή ενέργειας. Κάθε φορά που παρέχεται σήμα εισόδου σε αυτόν τον σειριακό συνδυασμό πυκνωτή και αντίστασης, τότε η φιλτραρισμένη έξοδος θα λαμβάνεται κατά μήκος της αντίστασης.
Ο τύπος συχνότητας αποκοπής για παθητικό HPS πρώτης τάξης είναι ο ίδιος με το παθητικό χαμηλοπερατό φίλτρο που φαίνεται παρακάτω.
fc = 1 / 2πRC
Παθητικό HPF δεύτερης τάξης
Το κύκλωμα παθητικού υψηλοπερατού φίλτρου δεύτερης τάξης φαίνεται παρακάτω. Αυτό το κύκλωμα φίλτρου έχει σχεδιαστεί με διαδοχικά δύο HPF πρώτης τάξης. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιεί δύο αντιδρώντα στοιχεία δύο πυκνωτές και δύο αντιστάσεις που κάνουν το κύκλωμα φίλτρου δεύτερης τάξης. Επομένως, αυτή η απόδοση του φίλτρου δύο σταδίων είναι ισοδύναμη με ένα φίλτρο μίας βαθμίδας, αν και η κλίση αυτού του φίλτρου μπορεί να επιτευχθεί στα -40 dB/ δεκαετία λόγω της διακύμανσης εντός της συχνότητας αποκοπής.
Αυτό το φίλτρο είναι πολύ αποδοτικό σε σύγκριση με ένα φίλτρο μονού σταδίου, επειδή περιλαμβάνει δύο σημεία αποθήκευσης. Έτσι, η συχνότητα αποκοπής για ένα φίλτρο δύο σταδίων εξαρτάται κυρίως από τους δύο πυκνωτές και δύο αντιστάσεις τιμές που δίνονται ως?
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz
Εφαρμογές
ο εφαρμογές παθητικών υψηλοπερατών φίλτρων περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Ένα παθητικό High Pass Filter είναι ένα φίλτρο που θα μπλοκάρει τις χαμηλές συχνότητες, αλλά θα περάσει την υψηλή συχνότητα πάνω από την προκαθορισμένη τιμή.
- Τα παθητικά υψηλοπερατά φίλτρα χρησιμοποιούνται σε ισοσταθμιστές και δέκτες ήχου.
- Αυτά χρησιμοποιούνται σε συστήματα ελέγχου μουσικής και διαμόρφωση συχνότητας .
- Αυτά χρησιμοποιούνται σε γεννήτριες συναρτήσεων, γεννήτριες παλμών, γεννήτριες ράμπας-βήμα, CRO, CRT κ.λπ.
- Αυτά τα φίλτρα χρησιμοποιούνται συνήθως στην επεξεργασία ήχου για την αφαίρεση του θορύβου χαμηλής συχνότητας σε ενισχυτές ήχου όπου απαιτούνται μέγιστες συχνότητες.
- Αυτά τα φίλτρα χρησιμοποιούνται συχνά σε HPF για τη βελτίωση των άκρων καθώς και άλλων στοιχείων υψηλότερης συχνότητας σε ψηφιακές εικόνες.
- Αυτά χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές βιομηχανικές και επιστημονικές εφαρμογές όπως π. σεισμική ανάλυση και συστήματα ραντάρ και εντός του βιοϊατρικού πεδίου για την κατανόηση των ΗΚΓ.
- Αυτοί οι τύποι φίλτρων είναι ζωτικής σημασίας εργαλεία για την ηλεκτρονική και την επεξεργασία σήματος που επιτρέπουν σε σήματα υψηλής συχνότητας να επιτρέπουν και να εμποδίζουν τα σήματα που βασίζονται σε χαμηλή συχνότητα.
Έτσι, αυτή είναι μια επισκόπηση ενός παθητικού υψηλοπερατό φίλτρο, κυκλώματα, λειτουργία , τους τύπους και τις εφαρμογές του. Ένα κύκλωμα φίλτρου έχει σχεδιαστεί με μόνο παθητικά εξαρτήματα όπως: αντίσταση & πυκνωτής. Αυτά τα φίλτρα δεν απαιτούν καμία εξωτερική πηγή, επομένως δεν έχουν κέρδος, πράγμα που σημαίνει ότι το πλάτος του σήματος εξόδου είναι ισοδύναμο πάντα ή κάτω από το πλάτος του σήματος εισόδου. Αυτά τα σχέδια φίλτρων είναι εξαιρετικά απλά και τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αυτών των φίλτρων είναι επίσης πολύ φθηνά. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι ένα παθητικό χαμηλοπερατό φίλτρο;
