Pasívny vysokopriepustný filter

Predtým sme hovorili o pasívnom nízkopriepustnom filtri, teraz je čas pozrieť sa na pohľad na pasívny hornopriepustný filter.

Rovnako ako predtým, aj keď sa pozriete na názov, zobrazí sa „Pasívny“, „Vysoký“, „Vyhovuje“ a „Filter“. Ako už názov napovedá, jedná sa o filter, ktorý zablokuje nízke frekvencie, ale vysokú frekvenciu odovzdá nad vopred stanovenú hodnotu, ktorá sa vypočíta podľa vzorca.

Je „pasívny“, čo znamená, že nie je k dispozícii nijaké externé napájanie ani žiadne zosilnenie vstupného signálu; obvod vyrobíme pomocou „pasívnych“ komponentov, ktoré nevyžadujú žiadny externý zdroj energie. Pasívne komponenty sú rovnaké ako dolnopriepustný filter, ale poradie pripojení bude presne opačné. Pasívne komponenty sú rezistor (R) a

kondenzátor (C). Opäť ide o konfiguráciu RC filtra.

Pozrime sa, čo sa stane, ak zostrojíme obvod a skontrolujeme odozvu alebo „Bode Plot“…

Tu je obvod na tomto obrázku:

Toto je RC filter. Všeobecne sa vstupný signál je aplikovaný na túto sériovej kombináciu z non-polarizovaného kondenzátora a odporu. Je to filter prvého rádu, pretože v obvodoch je iba jeden reaktívny komponent, ktorým je kondenzátor. Filtrovaný výstup bude k dispozícii cez rezistor. Kombinácia tohto dua je presne opačná ako low pass filter. Ak porovnáme obvod s dolnopriepustným filtrom, uvidíme, že poloha rezistora a kondenzátora je zamenená.

Ako funguje High Pass filter?

Pri nízkych frekvenciách bude reaktancia kondenzátora veľmi veľká, že bude pôsobiť ako otvorený obvod a blokovať vstupný signál pod medzným frekvenčným bodom (fc). Ale keď bod medznej frekvencie dosiahol, reaktancia kondenzátora sa začne znižovať a umožní signálu prejsť priamo. Uvidíme to podrobne na krivke frekvenčnej odozvy.

Tu je krivka, ako to vyzerá podobne na výstupe kondenzátora: -

Frekvenčná odozva a medzná frekvencia

Toto je krivka frekvenčnej odozvy obvodu prvého priechodu filtra vysokého stupňa.

f c Je medzná frekvencia filtra. V bode -3 dB môže signál prejsť. Toto -3 dB tiež označuje medznú frekvenciu. Od 10 Hz do medznej frekvencie nesmie signál prechádzať, pretože frekvencia je nízka frekvencia, v tomto okamihu je to časť zastavovacieho pásma, kde signál nesmie prechádzať z filtra, ale nad medznú frekvenciu po -3dB časť sa nazýva pozícia priepustného pásma, kde je povolený priechod signálu. Sklon krivky je + 20 dB za dekádu. Presne oproti Low pass filtru.

Vzorec na výpočet zisku je rovnaký, aký sme použili v našom predchádzajúcom tutoriáli o pasívnom dolnopriepustnom filtri.

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

Po medznom signále sa reakcie obvodu postupne zvyšujú na Vin od 0 a tento prírastok sa deje s rýchlosťou + 20 dB / dekáda. Ak vypočítame zvýšenie na oktávu, bude to 6 dB.

Táto krivka frekvenčnej odozvy je Bodeho grafu hornopriepustného filtra. Výberom správneho kondenzátora a správneho odporu by sme mohli zastaviť nízke frekvencie, limitný signál prechádzajúci obvodom filtra bez ovplyvnenia signálu, pretože nie je aktívna odozva.

Na obrázku vyššie je slovo Šírka pásma. Znamená to, po akej frekvencii bude môcť signál prejsť. Pokiaľ je to teda vysokopriepustný filter s frekvenciou 600 Khz, potom bude šírka pásma od 600 kHz do nekonečna. Umožní to preniesť všetky signály nad medznú frekvenciu.

Pri medznej frekvencii získame zisk -3 dB. V tom bode, ak porovnáme amplitúdu výstupného signálu so vstupným signálom, uvidíme, že amplitúda výstupného signálu by bola 70,7% vstupného signálu. Aj pri -3dB zisku by bola kapacitná reaktancia a odpor rovnaké. R = Xc.

Aký je vzorec medznej frekvencie?

Vzorec medznej frekvencie je úplne rovnaký ako pri nízkopriepustnom filtri.

fc = 1 / 2πRC

Takže R je odpor a C je kapacita. Ak dáme hodnotu, poznáme medznú frekvenciu.

Výpočet výstupného napätia

Pozrime sa na prvý obrázok, obvody, kde sa na vytvorenie hornopriepustného filtra alebo RC obvodu používa 1 rezistor a jeden kondenzátor.

Keď je na obvod privádzaný jednosmerný signál, je to odpor obvodu, ktorý pri poklese prúdu vytvára pokles. Ale v prípade AC signálu to nie je odpor, ale impedancia je zodpovedná za pokles napätia, ktorý sa tiež meria v ohmoch.

V RC obvode sú dve odporové veci. Jeden je odporový a druhý kapacitná reaktancia kondenzátora. Najprv teda musíme zmerať kapacitnú reaktanciu kondenzátora, pretože bude potrebný na výpočet impedancie obvodov.

Prvá odporová opozícia je kapacitná reaktancia, vzorec je: -

Xc = 1 / 2πfC

Výstup vzorca bude v ohmoch, pretože ohmy sú jednotkou kapacitnej reaktancie, pretože ide o opozíciu, ktorá znamená odpor.

Druhá opozícia je rezistor sám. Hodnota odporu je tiež odpor.

Kombináciou tejto dvoch opozícií teda dostaneme celkový odpor, ktorým je impedancia v obvode RC (vstup striedavého signálu).

Impedancia znamená Z

Vzorec je: -

Ako už bolo uvedené vyššie, pri nízkej frekvencii je reaktancia kondenzátora príliš vysoká na to, aby fungoval ako otvorený obvod, reaktancia kondenzátora je pri nízkej frekvencii nekonečno, takže blokuje signál. Zisk výstupu je v tom čase 0 a kvôli blokovaniu zostáva výstupné napätie 0 až do dosiahnutia medznej frekvencie.

Ale pri vysokej frekvencii nastane opak, reaktancia kondenzátora je príliš nízka na to, aby fungoval ako skrat, reaktancia kondenzátora je 0 pri vysokej frekvencii, takže prechádza signálom. Zisk výstupu je v tom čase 1, to je situácia zisku Unity a kvôli zisku jednoty je výstupné napätie rovnaké ako vstupné napätie po dosiahnutí medznej frekvencie.

Príklad s výpočtom

Ako už vieme, čo sa vlastne deje vo vnútri obvodu a ako zistiť hodnotu. Vyberajme praktické hodnoty.

Vyberme najbežnejšiu hodnotu v rezistore a kondenzátore, 330 k a 100 pF. Hodnotu sme vybrali, pretože je široko dostupná a je ľahšie ju vypočítať.

Pozrime sa, aká bude medzná frekvencia a aké bude výstupné napätie.

Medzná frekvencia bude: -

Vyriešením tejto rovnice je medzná frekvencia 4825 Hz alebo 4,825 kHz.

Pozrime sa, či je to pravda alebo nie…

Toto je obvod príkladu.

Pretože frekvenčná odozva bola opísaná predtým, pri medznej frekvencii bude dB

-3 dB, bez ohľadu na frekvencie. Budeme hľadať -3dB na výstupnom signáli a uvidíme, či je to 4825Hz (4,825Khz) alebo nie.

Tu je frekvenčná odozva: -

Nastavíme kurzor na -3dB a uvidíme výsledok.

Ako vidíme Frekvenčná odozva (nazývaná tiež ako Bode Plot), nastavili sme kurzor na -3,03 dB a získali sme šírku pásma 4,814 kHz.

Fázový posun

Fázový uhol označuje ako φ (Phi) bude na výstupe +45

Toto je fázový posun obvodu, ktorý sa používa ako praktický príklad.

Zistime hodnotu fázového posuvu pri medznej frekvencii: -

Nastavili sme kurzor na +45

Toto je vysokopriepustný filter druhého rádu. KAPACITOR a ODPORA je prvý poriadok a KAPACITOR1 a ODPORA1 je druhý poriadok. Kaskádovito spolu tvoria hornopriepustný filter druhého rádu.

Filter druhého rádu má rolu strmosti 2 x + 20 dB / dekáda alebo + 40 dB (12 dB / oktáva).

Tu je krivka odozvy: -

Sklon je +20 dB / dekáda a červená na konečnom výstupe, ktorá má sklon + 40 dB / dekáda.

Týmto sa vypočíta medzná frekvencia vysokopriepustného obvodu druhého rádu.

Rovnako ako dolnopriepustný filter nie je také dobré kaskádovať dva pasívne hornopriepustné filtre, pretože dynamická impedancia každého radu filtrov ovplyvňuje inú sieť v rovnakých obvodoch.

Aplikácie

Low pass filter je široko používaný obvod v elektronike.

Tu je niekoľko aplikácií: -

Audio prijímač a ekvalizér
Systém riadenia hudby a výšková frekvenčná modulácia.
Generátor funkcií
Televízia s katódovými lúčmi a osciloskop.
Generátor štvorcových vĺn z trojuholníkovej vlny.
Pulzné generátory.
Postupné generátory.