Mi az a High Pass szűrő: Működés és alkalmazásai

A szűrők olyan elektronikus áramkörök, amelyek bizonyos frekvenciakomponenseket engedélyeznek, és csillapítják a bemeneti jel nem kívánt frekvenciakomponenseit. Ezek megtalálhatók a különböző elektronikus alkalmazásokban, amelyek lehetővé teszik a jel egy bizonyos frekvenciatartományát. A szűrőket alapvetően két típusra osztják a tervezés és a használat során használt alkatrészek típusa alapján. Ezek passzív és aktív szűrők. A frekvenciatartománytól függően a szűrőket 4 típusba sorolják. Ezek aluláteresztő szűrők, felüláteresztő szűrők, sávszűrők és sávszűrők. Ez a cikk a magas áteresztő képességű szűrőt ismerteti, amely aktív szűrőként és passzív szűrőként is használható. jel, High Pass Filter néven ismert. Lehetővé teszi, hogy a nagyfrekvenciás komponensek nagyobbak legyenek, mint a határfrekvencia, és elutasítja a jel összes többi nem kívánt frekvenciakomponensét. Az ilyen típusú szűrők megtalálhatók a különböző RF áramkörökben és jelfeldolgozó rendszerekben. A gyakorlatban ez a szűrő lehetővé teszi a jel alacsonyabb frekvenciáit, ami alacsonyabb, mint a határfrekvencia. Ez az áramkör megegyezik az aluláteresztő szűrő áramkörével, azzal a különbséggel, hogy a komponensek ellenállását és kondenzátorát felcserélik az alábbi ábrán látható módon.Felüláteresztő szűrő áramkör Két passzív elem ellenállást és kondenzátort sorba kapcsolnak, hogy a frekvencia magasabb legyen, mint a jel határfrekvenciája. A jel kimeneti feszültségét az ellenálláson keresztül kapjuk meg, ha bemeneti feszültséget kapcsolunk a kondenzátorra. Ez a szűrőtípus az elsőrendű felüláteresztő szűrőkör alá tartozik. A másodrendű HPF nem más, mint két soros RC felüláteresztő szűrő áramkör kaszkádja. Az áteresztősáv erősítésének növekedése a másodrendű HPF-ben +40 dB/tizedes lesz. Passzív RC HPCA passzív RC felüláteresztő szűrő áramkör két kombinációban tervezhető, például ellenállás és kondenzátor (passzív RC HPF); ellenállás és induktor (passzív RL HPF) az alkalmazás alapján. A passzív RC HPF audio- vagy alacsony frekvenciatartományú alkalmazásokhoz használható. A passzív RL HPF áramkörök RF vagy nagyfrekvenciás tartományokban használatosak. A felüláteresztő szűrő áramkört passzív RC felüláteresztő szűrőnek is nevezik, mivel olyan passzív elemeket használnak, mint például az ellenállás és a kondenzátor. A fő előnye, hogy nincs szükség külső tápegységre vagy erősítő komponensekre. A passzív RC HPF egy egyszerű RC HPF áramkör, amint az a fenti ábrán látható. A kondenzátor és az ellenállás sorba van kötve, ahol a kimeneti feszültség az ellenálláson van kialakítva. A kondenzátor reaktanciája miatt a szűrő csak a vágási frekvenciánál nagyobb jel magas frekvenciáját engedi meg, és blokkolja a vágási frekvencia alatti jelek alacsonyabb frekvenciáit. JellemzőkEzeket a felüláteresztő szűrő jellemzőit a frekvenciamenet és a kimeneti jel fáziseltolása magyarázza. Ideális jellemzők A HPF fő jellemzője, hogy lehetővé teszi az összes nagyfrekvenciás komponenst, amely nagyobb, mint a vágási frekvencia, és csillapítja az összes alacsony frekvenciát a jel határértékeinél alacsonyabb. Az alábbiakban bemutatjuk a HPF ideális jellemzőit. Az áteresztő sávot HPF-nek nevezik, amely lehetővé teszi a vágási frekvenciánál nagyobb frekvenciákat. Ez a szűrő csillapítja az alacsony frekvenciákat, amelyeket stoppnak neveznek.A felüláteresztő szűrő ideális jellemzői Frekvenciaválasz A kimeneti jel frekvenciája egyenesen arányos az erősítéssel. A frekvencia növekedésével az erősítés növekszik. Az RC felüláteresztő szűrő frekvenciamenete a kondenzátor reaktanciájától függ. A kondenzátor a szükséges mennyiségű reaktanciát vagy nagy reaktanciát állítja elő a jel alacsony frekvenciáinak csillapítására, azaz a vágási frekvencia alatt. A kondenzátor alacsony reaktanciája esetén az RC felüláteresztő szűrő lehetővé teszi a jel nagyfrekvenciás összetevőit, azaz nagyobb, mint a vágási frekvencia. De gyakorlatilag az RC felüláteresztő szűrő megengedi az alacsony frekvenciákat a határfrekvenciája alatt. Az RC felüláteresztő szűrő erősítése akkor válik egységessé, ha a reaktancia alacsony/nulla magas frekvenciákon. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti feszültség megegyezik az adott bemeneti feszültséggel. A magas frekvenciák engedélyezéséhez és az alacsony frekvenciák elutasításához a kapacitív reaktancia a frekvencia növekedésével csökken, ami a kimeneti feszültség és az erősítés növekedését eredményezi. A kapacitív reaktanciát a következőképpen adjuk meg:Xc = 1/2πfcAhol 'fc' = vágási frekvencia Hz-ben'Xc'= kapacitív reaktancia. Az alábbiakban egy RC felüláteresztő szűrő frekvencia-válaszának és fáziseltolási jellemzői láthatók.RC HPF jellemzők Az ábráról megfigyelhető, hogy az alacsony frekvenciák blokkolva/kizárva és +20dB/dekáddal növelik a kimeneti feszültséget, ha a frekvencia a vágási frekvencián van és R=Xc. Az RC felüláteresztő szűrő lehetővé teszi a magas frekvenciákat (a vágási frekvenciától a végtelenig), amikor a kimeneti feszültség a bemeneti feszültség 0.7071 vagy 70.71%-a, azaz -3 dB bemeneti és kimeneti szinten (20 log Vout/Vin kiszámításával). Ez azt jelenti, hogy a HPF frekvenciaválasza az, hogy a nagyfrekvenciás jelek a vágási frekvenciától a végtelenig megengedettek. A vágási frekvencián a bemeneti és a kimeneti jel fáziseltolása azonos, azaz 45°-os. Ha egy jel frekvenciája nagyobb, mint a vágási frekvencia, a fázisszög nulla. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti jel fázisban van a bemeneti jelhez képest nagy frekvenciákon. A kondenzátor feltöltéséhez és kisütéséhez szükséges időt az időállandó formájában fejezzük ki, amelyet 'τ' jelöl. Egy RC felüláteresztő szűrő időállandóját a következőképpen adjuk meg: τ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RC Az RC HPF határfrekvenciája a következőképpen adható meg,fc= 1/2πRCAz RC HPF fáziseltolása megadva:Φ=tan-1 (1/2πfRC)Ahol 'fc' = vágási frekvencia Hz-ben'f' = működési frekvencia Hz-ben'R' = ellenállás értéke ohmban'C'= a kondenzátor értéke FaradsHigh Pass-ban Szűrés Op-Amp használatával Az op-amp-ot használó felüláteresztő szűrőt nagyon könnyű megtervezni és megvalósítani, mivel korlátozott számú szűrőt használ. elektronikus alkatrészek, és eltávolítja a zajt és a zümmögést. A műveleti erősítőt használó felüláteresztő szűrő kapcsolási rajza az alábbiakban látható. A passzív RC HPF a nem invertáló műveleti erősítőhöz csatlakozik az erősítéshez és a feszültségerősítés szabályozásához.High Pass szűrő op-Amp használatával A kimenetet az op-amp nyílt hurkú jellemzői korlátozzák. Az RC HPF kimenete egy műveleti erősítőre van kapcsolva a kimeneti jel feszültségerősítésének erősítésére és szabályozására. Az Op-amp-ot használó felüláteresztő szűrő feszültségerősítése a következőképpen van megadva: Aᵥ= Vout/Vin=Af(f /fc)/√(1+(f/fc)2)Ahol Av = feszültségerősítés dB-ben = 1+R2/R1Af = áteresztősáv-erősítésfc = vágási frekvencia Hzf-ben = működési frekvencia Hz-ben Amikor f < fc (alacsony frekvenciák) , majd Vout/Vin < AfWhen f = fc (vágási frekvencián), majd Vout/Vin=Af/2 ^½ = 0.7071AfWhen f > fc (magas frekvenciák), majd Vout/Vin = AfA zárt hurkú sávszélesség az op-amp határozza meg a HPF legmagasabb frekvenciáját, amelynek az Af állandó áteresztősáv-erősítése van. A feszültségerősítés nagysága Av(dB) = 20 log (Vout/Vin)-3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin) )Aktív felüláteresztő szűrőHa az RC felüláteresztő szűrő az aktív elemhez, például az op-amp-hoz van csatlakoztatva, hogy lehetővé tegye a magas frekvenciákat, és elutasítja az alacsony frekvenciákat, akkor ezt aktív HPF-nek nevezzük. Az aktív HPF frekvencia-válasza és fáziseltolása megegyezik az RC HPF-ével. Az aktív felüláteresztő szűrő célja a feszültségerősítés szabályozása és a kimeneti jel felerősítése. Az erősítéshez használt aktív felüláteresztő szűrő kapcsolási rajza az alábbiakban látható.Aktív HPF erősítéshez Az RC HPF áramkör a nem invertáló műveleti erősítőhöz csatlakozik. A passzív felüláteresztő szűrő kimenetét és vágási frekvenciáját az op-amp vezérli. Ahol az op-amp sávszélessége és erősítési jellemzői határozzák meg a vágási frekvenciát. Ez a fajta szűrő sávszűrőként működik. Az op-amp növeli a kimenőjel amplitúdóját, és az áteresztő sáv kimeneti feszültségerősítését 1+R2/R1 értékben adjuk meg, ami megegyezik az aluláteresztő szűrőével.Transfer FunctionA felüláteresztő szűrő átviteli függvényének származtatásához tekintsünk egy passzív RC HPF áramkört a fentiek szerint. A fenti áramkörből Vo = kimeneti feszültség az ellenálláson Vi = bemeneti feszültség a kondenzátoron. A Laplace-transzformációt mind a bemeneti, mind a kimeneti oldalon H(s)=Vₒ(s)/ Vᵢ(s)H(s)=R/(R+(1/sC)) A fenti egyenletből H(s)=sCR/(1+sCR) Ha a fenti egyenletben s=jw-t helyettesítünk H(jω)=jωCR /(1+jωCR)Akkor az egyenlet a következő lesz ω = 1/CR, akkor a HPF átviteli függvény = 2 Ha ω = végtelen, akkor a HPF átviteli függvény = 0 Ezért a fenti átviteli függvény jellemzői azt mutatják, hogy a passzív RC felüláteresztő szűrő lehetővé teszi a magas frekvenciákat a vágási frekvenciától az i-ig. nfinity. azaz 0 és 1 között változik, ha ω 0.707 és végtelen között változik.Butterworth HPFA Butterworth-féle felüláteresztő szűrő a HPF-ek egyik típusa, amely lapos frekvenciaválaszt biztosít az áteresztősávban. Lapos frekvenciamenetének köszönhetően nem lesz hullámzás. Lapos-lapos szűrőként is ismert, különféle alkalmazásokban használják, ahol az áteresztősáv zárt hurkú erősítése egységes. Az elsőrendű Butterworth felüláteresztő szűrő kapcsolási rajza és frekvenciamenete az alábbiakban látható. Ezek nagyon egyszerűek és egyszerűen megtervezhetők.Butterworth HPF A nyereség +20dB/évtized sebességgel nő az első rendű Butterworth HPF esetében, míg a másodrendű Butterworth HPF esetében +40 dB/évtized.Butterworth HPF jellemzőiAlkalmazásokA felüláteresztő szűrők alkalmazásai: Hangszórók jelek erősítéséreKépfeldolgozás Egyenáram erősítésére és váltakozó áramú csatolásra Használt Vezérlőrendszerek és hangfeldolgozó rendszerek.DSL-elosztók a telefonokban RF alkalmazások Ezáltal ez a felüláteresztő szűrők (aktív és passzív típusú) áttekintéséről szól. - definíció, áramkör, Butterworth HPF, HPF Op-amp használatával és alkalmazásai. Íme egy kérdés: „Melyek a felüláteresztő szűrők előnyei és hátrányai?”

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista