A hornopriepustný filter je elektronický filter, ktorý umožňuje signály s vyššou frekvenciou, než je určitá medzná frekvencia, a zoslabuje signály o frekvencie nižšie, než je táto medzná frekvencia. Tento filter je inverzný k dolnopriepustnému filtru a je známy aj ako HPF, basový filter alebo dolnopriepustný filter. Kombinácia dolnopriepustný filter a hornopriepustný filter je známy ako pásmový filter, ktorý umožňuje len frekvencie v určitom rozsahu. Existujú rôzne druhy hornopriepustných filtrov založených na konštrukcii obvodu, ako aj komponentov používaných na navrhovanie filtra ako; aktívny hornopriepustný filter, pasívny HPF, RC HPF, HPF prvého rádu, HPF druhého rádu, Butterworth , Čebyševovo a Besselove hornopriepustné filtre. Tento článok stručne vysvetľuje pasívny hornopriepustný filter, jeho obvod, fungovanie, typy a aplikácie.
Čo je pasívny hornopriepustný filter?
Typ elektronického filtra, ktorý umožňuje prechádzať iba vysokofrekvenčným signálom, zatiaľ čo blokuje nízkofrekvenčné signály, je známy ako pasívny vysokofrekvenčný filter. Tento filter je tiež známy ako pasívny filter, pretože na prevádzku nepotrebuje vonkajší zdroj energie a tiež závisí výlučne od energie prichádzajúceho signálu.
Tento filter je navrhnutý s pasívnymi komponentmi ako; rezistory, induktory a kondenzátory. Tieto hodnoty komponentov jednoducho rozhodujú o medznej frekvencii filtra, kde je táto frekvencia pod signálmi, ktoré sú blokované alebo zoslabené.
Okruh pasívneho hornopriepustného filtra
Nižšie je zobrazený pasívny obvod hornopriepustného filtra, ktorý používa odpor a kondenzátor. Tento obvod je podobný pasívnemu LPF, ale odpor a kondenzátor sú v obvode jednoducho zamenené. Kondenzátor v obvode pasívneho hornopriepustného filtra je jednoducho zapojený do série pomocou odporu. Vo všeobecnosti, keď je vstupný signál privádzaný do sériovej kombinácie nepolarizovaného kondenzátora a odporu, potom je filtrovaný výstup dostupný alebo ťahaný cez odpor.
Tento filter jednoducho umožňuje vyššie frekvencie a blokuje signály s nižšou frekvenciou. Hodnota medznej frekvencie závisí hlavne od hodnôt komponentov vybraných pre návrh obvodu. Tieto filtre majú niekoľko aplikácií vo vysokofrekvenčnom rozsahu 10 MHz. Kvôli výmene komponentov v tomto obvode sa zmenia odozvy dodávaného kondenzátora, ktoré sú presne opačné ako odozva dolného priepustu.
Kondenzátor v tomto obvode pri nízkych frekvenciách funguje ako otvorený obvod a pri vyšších frekvenciách; pôsobí ako skrat. V tomto obvode kondenzátor blokuje nižšie frekvencie, ktoré vstupujú do kondenzátora kvôli kapacitnej reaktancii kondenzátora.
Kondenzátor odporuje určitému množstvu prúdu v tomto obvode, aby sa viazal v kapacitnom rozsahu kondenzátora. Takže kondenzátor za medznou frekvenciou povoľuje všetky frekvencie kvôli hodnote zníženia kapacitnej reaktancie. Vďaka tomu tento filtračný obvod prepustí celý vstupný signál na výstup vždy, keď je frekvencia vstupného signálu vyššia v porovnaní s medznou frekvenciou „fc“.
Hodnota reaktancie sa zvyšuje pri nižších frekvenciách, potom sa zvyšuje schopnosť odolávať toku prúdu cez kondenzátor. Frekvenčné pásmo pod medznou frekvenciou sa nazýva „stop pásmo“ a frekvenčné pásmo za medznou frekvenciou sa nazýva „priepustné pásmo“.
Medzná frekvencia
Vzorec pre medznú frekvenciu pre pasívny hornopriepustný filter je uvedený nižšie. Tento vzorec je podobný dolnopriepustnému filtru.
Fc = 1/2πRC
Kde je „R“. odpor & „C“ je kapacita.
Fázový uhol pasívneho hornopriepustného filtra
Fázový uhol pasívnej HPF je označený φ (Phi), ktorý bude +45 na výstupe ako i/p signál pri -3dB (alebo) medznej frekvencii.
Podľa frekvenčnej odozvy filtra prechádza všetky signály cez medznú frekvenciu do nekonečna. Vzorec fázového posunu nie je podobný dolnopriepustnému filtru, pretože v tomto filtri sa fáza stane negatívnou, hoci v HPF je to pozitívny fázový posun, takže vzorec fázového uhla je;
Fázový posun (φ) = arktan (1/2πfRC)
Časová konštanta
Kondenzátor v obvode získava nabíjací a vybíjací efekt z frekvencií vstupného signálu, ktorý je známy ako časová konštanta, ktorá je označená τ (Tau). Časová konštanta tiež súvisí s medznou frekvenciou.
τ = RC = 1/2πfc
Niekedy, kedykoľvek máme hodnotu časovej konštanty, musíme poznať medznú frekvenciu, takže zmenou vzorca môžeme získať nižšie uvedenú rovnicu.
fc = 1/2πRC
Vieme, že τ = RC
Takže vyššie uvedená rovnica bude fc = 1 / 2πτ.
Príklad
Aktívny obvod hornopriepustného filtra využívajúci odpor 330k a kondenzátor 100pF je znázornený nižšie. Vypočítajte medznú frekvenciu.
Vzorec na výpočet medznej frekvencie je uvedený nižšie.
Medzná frekvencia fc = 1/2πfC
Vieme, že hodnoty odporu 330k a kondenzátora 100pF nahradia tieto hodnoty vo vyššie uvedenej rovnici.
Medzná frekvencia fc = 1/2 x 3,14 x 330 000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825 Hz (alebo) 4,825 kHz.
Prenosová funkcia pasívneho hornopriepustného filtra
Prenosová funkcia vysvetľuje hlavný vzťah medzi vstupnými a výstupnými signálmi pasívneho hornopriepustného filtra. Takže prenosová funkcia pasívneho výpočtu HPF je diskutovaná nižšie.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Vo = IS
Pia/ Pia
IR/I (R + 1/jωC)
Vo/Vin = RjωC / RjωC + 1)
Vezmite RC = 1/ωC
Vo/Vi = j(ω/ωC)/j(ω/ωC) + 1
Vo/Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
Vyššie uvedená rovnica je prenosová funkcia pasívneho hornopriepustného filtra. Takže zisk napätia pri každej hodnote „ω“ filtra možno merať pomocou vyššie uvedenej rovnice.
Typy pasívnych hornopriepustných filtrov
Existujú dva typy pasívnych hornopriepustných filtrov; pasívny HPF prvého rádu a pasívny HPF druhého rádu, ktoré sú diskutované nižšie.
Pasívne HPF prvého rádu
Obvod pasívneho hornopriepustného filtra prvého rádu je zobrazený nižšie. Tento obvod môže byť navrhnutý len s jednou reaktívnou zložkou s odporom. Tento filtračný obvod blokuje nízkofrekvenčné signály, ale umožňuje vysokofrekvenčné signály nad nastavenú hodnotu. Tento obvod využíva pasívne komponenty a nepotrebuje žiadny externý zdroj energie. Kedykoľvek je do tejto sériovej kombinácie kondenzátora a odporu poskytnutý vstupný signál, filtrovaný výstup sa získa cez odpor.
Vzorec medznej frekvencie pre pasívny HPS prvého rádu je rovnaký ako pri pasívnom dolnom priepuste, ktorý je zobrazený nižšie.
fc = 1/2πRC
Pasívne HPF druhého rádu
Obvod pasívneho hornopriepustného filtra druhého rádu je zobrazený nižšie. Tento filtračný obvod je navrhnutý kaskádovaním dvoch HPF prvého rádu. Tento obvod používa dve reaktívne zložky dve kondenzátory a dva odpory, vďaka ktorým je filtračný obvod druhého rádu. Tento výkon dvojstupňového filtra je teda ekvivalentný jednostupňovému filtru, hoci strmosť tohto filtra je možné dosiahnuť pri -40 dB/dekádu v dôsledku zmeny v rámci medznej frekvencie.
Tento filter je v porovnaní s jednostupňovým filtrom veľmi účinný, pretože obsahuje dva úložné body. Takže medzná frekvencia pre dvojstupňový filter závisí hlavne od dvoch kondenzátorov a dvoch odpory hodnoty, ktoré sú uvedené ako;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz
Aplikácie
The aplikácie pasívnych hornopriepustných filtrov zahŕňajú nasledujúce.
- Pasívny hornopriepustný filter je filter, ktorý blokuje nízke frekvencie, ale prepúšťa vysokú frekvenciu nad vopred určenú hodnotu.
- Pasívne hornopriepustné filtre sa používajú v ekvalizéroch a audio prijímačoch.
- Používajú sa v systémoch na ovládanie hudby a frekvenčná modulácia .
- Používajú sa vo funkčných generátoroch, generátoroch impulzov, generátoroch typu ramp-to-step, CRO, CRT atď.
- Tieto filtre sa bežne používajú pri spracovaní zvuku na odstránenie nízkofrekvenčného šumu v zosilňovačoch zvuku všade tam, kde sa vyžadujú maximálne frekvencie.
- Tieto filtre sa často používajú v HPF na zvýraznenie hrán, ako aj iných vysokofrekvenčných komponentov v digitálnych obrázkoch.
- Používajú sa v rôznych priemyselných a tiež vedeckých aplikáciách, ako sú; seizmická analýza a radarové systémy a v biomedicínskej oblasti na pochopenie EKG.
- Tieto typy filtrov sú kľúčovými nástrojmi v rámci elektroniky a spracovania signálov, ktoré umožňujú vysokofrekvenčným signálom povoliť a blokovať nízkofrekvenčné signály.
Toto je teda prehľad pasívu hornopriepustny filter, obvody, prac , typy a ich aplikácie. Filtračný obvod je navrhnutý len s pasívnymi komponentmi ako; odpor a kondenzátor. Tieto filtre nevyžadujú žiadny vonkajší zdroj, takže nemajú žiadny zisk, čo znamená, že amplitúda výstupného signálu je vždy ekvivalentná alebo nižšia ako amplitúda vstupného signálu. Tieto návrhy filtrov sú mimoriadne jednoduché a komponenty použité na výrobu týchto filtrov sú tiež veľmi lacné. Tu je otázka pre vás, čo je pasívny dolnopriepustný filter?
