А високочестотен филтър е електронен филтър, който пропуска сигнали с по-висока честота от определена гранична честота и отслабва сигналите с по-ниски честоти от тази гранична честота. Този филтър е обратен на нискочестотния филтър и е известен също като HPF, бас-режещ филтър или нискочестотен филтър. Комбинацията от нискочестотен филтър и високочестотен филтър е известен като лентов филтър, който позволява само честоти в определен диапазон. Има различни видове високочестотни филтри, базирани на дизайна на веригата, както и компоненти, използвани за проектиране на филтър като; активен високочестотен филтър, пасивен HPF, RC HPF, HPF от първи ред, HPF от втори ред, Бътъруърт , високочестотни филтри на Чебишев и Бесел. Тази статия обяснява накратко пасивен високочестотен филтър, неговата верига, работа, видове и приложения.
Какво е пасивен високочестотен филтър?
Вид електронен филтър, използван за пропускане само на високочестотни сигнали, докато блокира нискочестотни сигнали, е известен като пасивен високочестотен филтър. Този филтър е известен също като пасивен филтър, тъй като не се нуждае от външен източник на захранване за работа и също така зависи изключително от енергията на входящия сигнал.
Този филтър е проектиран с пасивни компоненти като; резистори, индуктори и кондензатори. Тези стойности на компонентите просто определят честотата на прекъсване на филтъра, където тази честота е под сигналите, които са блокирани или отслабени.
Верига на пасивен високочестотен филтър
Схемата на пасивния високочестотен филтър е показана по-долу, която използва резистор и кондензатор. Тази схема е подобна на пасивния LPF, но резисторът и кондензаторът просто се разменят във веригата. Кондензаторът в пасивна високочестотна филтърна верига е просто свързан последователно от резистора. Обикновено, когато се подава входен сигнал към серийната комбинация от неполяризиран кондензатор и резистор, тогава филтрираният изход е наличен или изтеглен през резистора.
Този филтър просто позволява по-високите честоти и блокира сигналите с по-ниска честота. Стойността на граничната честота зависи главно от стойностите на компонентите, избрани за дизайна на веригата. Тези филтри имат няколко приложения във високочестотен диапазон от 10 MHz. Поради обмена на компоненти в тази верига, отговорите на доставения кондензатор ще се променят, които са точно противоположни на отговора на нискочестотния филтър.
Кондензаторът в тази верига при ниските честоти работи като отворена верига и при по-високи честоти; действа като късо съединение. В тази верига кондензаторът блокира по-ниските честоти, които влизат в кондензатора поради капацитивното съпротивление на кондензатора.
Кондензаторът се противопоставя на известно количество ток в тази верига, за да се свърже в обхвата на капацитета на кондензатора. Така че кондензаторът след граничната честота позволява всички честоти поради стойността на намаление на капацитивното реактивно съпротивление. Така че това кара тази филтърна верига да предава целия входен сигнал към изхода, когато честотата на входния сигнал е по-висока в сравнение с граничната честота 'fc'.
Стойността на реактивното съпротивление се увеличава при по-ниски честоти, след което капацитетът за устояване на потока от ток през целия кондензатор се подобрява. Честотната лента под граничната честота се нарича „Stop Band“, а честотната лента след граничната честота се нарича „Pass Band“.
Честота на прекъсване
Формулата за граничната честота за пасивния високочестотен филтър е показана по-долу. Тази формула е подобна на нискочестотния филтър.
Fc = 1 / 2πRC
Където е „R“. съпротива & 'C' е капацитет.
Фазов ъгъл на пасивен високочестотен филтър
Фазовият ъгъл на пасивния HPF се обозначава с φ (Phi), който ще бъде +45 на изхода като i/p сигнал при -3dB (или) честота на прекъсване.
Според честотната характеристика на филтъра, той пропуска всички сигнали над граничната честота до безкрайност. Формулата за фазово изместване не е подобна на нискочестотен филтър, тъй като в този филтър фазата ще стане отрицателна, въпреки че при HPF това е положително фазово изместване, следователно формулата за фазов ъгъл е;
Фазово отместване (φ) = арктан (1/2πfRC)
Времева константа
Кондензаторът във веригата получава ефект на зареждане и разреждане от честотите на входния сигнал, известен като времева константа, която се обозначава с τ (Tau). Времевата константа също е свързана с честотата на прекъсване.
τ = RC = 1 / 2πfc
Понякога, когато имаме стойността на времевата константа, трябва да знаем граничната честота, така че чрез промяна на формулата можем да получим уравнението по-долу.
fc = 1 / 2πRC
Знаем, че τ = RC
И така, горното уравнение ще стане fc = 1 / 2πτ.
Пример
Веригата на активния високочестотен филтър, използваща резистор 330 k и кондензатор 100 pF, е показана по-долу. Изчислете честотата на прекъсване.
Формулата за изчисляване на граничната честота е показана по-долу.
Честота на срязване fc = 1/2πfC
Знаем, че стойностите на резистор 330k и кондензатор 100pF, заменете тези стойности в горното уравнение.
Честота на срязване fc = 1/2 x 3,14 x 330000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825Hz (или) 4,825Khz.
Трансферна функция на пасивен високочестотен филтър
Трансферната функция обяснява основната връзка между входните и изходните сигнали на пасивния високочестотен филтър. И така, трансферната функция на изчислението на пасивния HPF е обсъдена по-долу.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Vo = IS
Пет/Пет
IR/ I (R + 1/jωC)
Vo/ Vin = RjωC / R jωC + 1)
Вземете RC = 1/ωC
Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/ Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
Горното уравнение е трансферна функция на пасивен високочестотен филтър. Така че усилването на напрежението при всяка стойност „ω“ на филтър може да бъде измерено с горното уравнение.
Видове пасивни високочестотни филтри
Има два вида пасивни високочестотни филтри; пасивен HPF от първи ред и пасивен HPF от втори ред, които са обсъдени по-долу.
Пасивен HPF от първи ред
Веригата на пасивен високочестотен филтър от първи ред е показана по-долу. Тази схема може да бъде проектирана само с един реактивен компонент с резистор. Тази филтърна верига блокира нискочестотните сигнали, но позволява високочестотните сигнали над зададената стойност. Тази схема използва пасивни компоненти и не се нуждае от външен източник на захранване. Всеки път, когато се подава входен сигнал към тази серийна комбинация от кондензатор и резистор, тогава филтрираният изход ще бъде получен през резистора.
Формулата на граничната честота за пасивен HPS от първи ред е същата като пасивния нискочестотен филтър, който е показан по-долу.
fc = 1 / 2πRC
Пасивен HPF от втори ред
Веригата на пасивен високочестотен филтър от втори ред е показана по-долу. Тази филтърна верига е проектирана чрез каскадно свързване на два HPF от първи ред. Тази верига използва два реактивни компонента два кондензатори и два резистора, което прави филтърната верига от втори ред. Така че тази производителност на двустепенния филтър е еквивалентна на едностъпален филтър, въпреки че наклонът на този филтър може да се получи при -40 dB/десетилетие поради вариацията в рамките на честотата на прекъсване.
Този филтър е много ефективен в сравнение с едностепенния филтър, тъй като включва две точки за съхранение. И така, граничната честота за двустепенен филтър зависи главно от двата кондензатора и двата резистори стойности, които са дадени като;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz
Приложения
The приложения на пасивни високочестотни филтри включват следното.
- Пасивният високочестотен филтър е филтър, който ще блокира ниските честоти, но ще пропусне високата честота над предварително определената стойност.
- Пасивните високочестотни филтри се използват в еквалайзери и аудио приемници.
- Те се използват в системи за контрол на музика и честотна модулация .
- Те се използват във функционални генератори, генератори на импулси, генератори от рампа към стъпка, CRO, CRT и др.
- Тези филтри обикновено се използват при аудио обработка за премахване на нискочестотен шум в аудио усилватели, където се изискват максимални честоти.
- Тези филтри се използват често в HPF за подобряване на ръбовете, както и на други компоненти с по-висока честота в цифровите изображения.
- Те се използват в различни промишлени и научни приложения като; сеизмичен анализ и радарни системи и в областта на биомедицината за разбиране на ЕКГ.
- Тези типове филтри са решаващи инструменти в електрониката и обработката на сигнали, за да позволят на високочестотни сигнали да позволяват и блокират базирани на ниска честота сигнали.
По този начин, това е общ преглед на пасив високочестотен филтър, схеми, работа , типове и приложенията му. Филтърната верига е проектирана само с пасивни компоненти като; резистор и кондензатор. Тези филтри не изискват външен източник, така че нямат усилване, което означава, че амплитудата на изходния сигнал винаги е еквивалентна или под амплитудата на входния сигнал. Тези дизайни на филтри са изключително прости и компонентите, използвани за направата на тези филтри, също са много евтини. Ето един въпрос към вас, какво е пасивен нискочестотен филтър?
