Kas ir augstās caurlaides filtrs: darbs un tā pielietojums

Filtri ir elektroniskās shēmas, kas pieļauj noteiktas frekvences sastāvdaļas un vājina nevēlamus ieejas signāla frekvences komponentus. Tie ir atrodami dažādās elektroniskās lietojumprogrammās, lai atļautu noteiktu signāla frekvenču diapazonu. Būtībā filtri ir sadalīti divos veidos, pamatojoties uz projektēšanā un ekspluatācijā izmantoto komponentu veidu. Tie ir pasīvie filtri un aktīvie filtri. Atkarībā no frekvenču diapazona filtri tiek iedalīti 4 veidos. Tie ir zemas caurlaidības filtri, augstās caurlaides filtri, joslas caurlaidības filtri un joslas apstāšanās filtri. Šajā rakstā ir aprakstīts augstās caurlaides filtrs, ko var izmantot gan kā aktīvo, gan pasīvo filtru. Kas ir augstās caurlaides filtrs? Filtrs spēj atļaut signāla augstfrekvences komponentus un vājina visas a signāls ir pazīstams kā augstas caurlaides filtrs. Tas var pieļaut augstfrekvences komponentus, kas ir lielāki par izslēgšanas frekvenci, un noraida visas citas nevēlamās signāla frekvences sastāvdaļas. Šāda veida filtri ir atrodami dažādās RF shēmās un signālu apstrādes sistēmās. Praksē šis filtrs ļaus zemākas signāla frekvences, kas ir zemākas par izslēgšanas frekvenci. Augstas caurlaidības filtra ķēde Šī shēma ir tāda pati kā zemas caurlaidības filtra ķēdei, izņemot to, ka komponentu rezistors un kondensators tiek mainīti, kā parādīts attēlā.Augstas caurlaides filtra ķēde Divi pasīvo elementu rezistors un kondensators ir savienoti virknē, lai frekvences būtu augstākas par signāla izslēgšanas frekvenci. Signāla izejas spriegums tiek iegūts visā rezistorā, pielietojot ieejas spriegumu visā kondensatorā. Šāda veida filtri ietilpst pirmās kārtas augstfrekvences filtra ķēdē. Otrās kārtas HPF ir nekas cits kā divu RC augstfrekvences filtru ķēžu kaskāde virknē. Otrās kārtas HPF caurlaides joslas pieauguma pieaugums būs +40 dB/desmitgadē. Pasīvā RC HPC Pasīvās RC augstas caurlaidības filtra ķēdi var veidot divās kombinācijās, piemēram, rezistorā un kondensatorā (pasīvā RC HPF); rezistors un induktors (pasīvā RL HPF), pamatojoties uz pielietojumu. Pasīvo RC HPF izmanto lietojumprogrammām audio vai zemas frekvences diapazonos. Pasīvās RL HPF shēmas tiek izmantotas RF vai augstfrekvences diapazonos. Augstas caurlaides filtru ķēdi sauc arī par pasīvo RC augstfrekvences filtru, jo tiek izmantoti pasīvi elementi, piemēram, rezistors un kondensators. Galvenā priekšrocība ir tāda, ka nav nepieciešams izmantot ārēju barošanas avotu vai pastiprināšanas komponentus. Pasīvā RC HPF ir vienkārša RC HPF shēma, kā parādīts iepriekšējā attēlā. Kondensators un rezistors ir savienoti virknē, kur izejas spriegums tiek attīstīts visā rezistorā. Sakarā ar kondensatora reaktivitāti filtrs pieļauj tikai signāla augstās frekvences, kas ir lielākas par izslēgšanas frekvenci, un bloķē signāla zemākās frekvences zem izslēgšanas frekvences. Šīs augstfrekvences filtra īpašības ir izskaidrotas ar frekvences reakciju un izejas signāla fāzes nobīdi. Ideālas īpašības HPF galvenā īpašība ir tā, ka tā ļauj visām augstfrekvences sastāvdaļām būt lielākām par izslēgšanas frekvenci un vājina visas zemās frekvences signālu, kas ir zemāks par izslēgšanas frekvenci. HPF ideālās īpašības ir parādītas zemāk. Pārejas josla tiek dēvēta par HPF, kas pieļauj augstākas frekvences, kas ir lielākas par izslēgšanas frekvenci. Šis filtrs vājina zemās frekvences, ko dēvē par apstāšanās joslu.Augstas caurlaidības filtra ideālās īpašības Frekvences reakcija Izejas signāla frekvence ir tieši proporcionāla pastiprinājumam. Palielinoties frekvencei, pieaugums palielinās. RC augstfrekvences filtra frekvences reakcija ir atkarīga no kondensatora reaktivitātes. Kondensators rada nepieciešamo reaktivitātes daudzumu vai augstu reaktivitāti, lai vājinātu signāla zemās frekvences, ti, zem izslēgšanas frekvences. Pie zemas kondensatora reaktivitātes RC augstfrekvences filtrs pieļauj signāla augstfrekvences komponentus, ti, lielāku par izslēgšanas frekvenci. Bet praktiski RC augstfrekvences filtrs pieļauj zemās frekvences zem tās robežfrekvences. RC augstas caurlaidības filtra pastiprinājums kļūst par vienotību, ja reaktivitāte augstās frekvencēs ir zema/nulle. Tas ir, izejas spriegums ir tāds pats kā dotais ieejas spriegums. Lai atļautu augstas frekvences un noraidītu zemas frekvences, kapacitatīvā reaktivitāte samazinās, palielinoties frekvencei, kā rezultātā palielinās izejas spriegums un pastiprinājums. Kapacitīvā reaktivitāte ir norādīta kāRC HPF raksturojums No attēla mēs varam novērot, ka zemās frekvences tiek bloķētas/noraidītas un palielina izejas spriegumu par +20 dB/desmitgadē, kad frekvence ir izslēgšanas frekvencē un R = Xc. RC augstas caurlaidības filtrs pieļauj augstās frekvences (no izslēgšanas frekvences līdz bezgalībai), ja izejas spriegums ir 0.7071 vai 70.71% no ieejas sprieguma, ti, pie -3dB ieejas un izejas līmeņiem (aprēķinot 20 log Vout/Vin). Tas nozīmē, ka HPF frekvences reakcija ir, augstfrekvences signāli ir atļauti no robežfrekvences līdz bezgalībai. Pie izslēgšanas frekvences ieejas signāla un izejas signāla fāzes nobīde ir vienāda, ti, 45 °. Ja signāla frekvence ir lielāka par izslēgšanas frekvenci, fāzes leņķis ir nulle. Tas nozīmē, ka izejas signāls ir fāzē attiecībā pret ieejas signālu augstās frekvencēs. Laiks, kas nepieciešams kondensatora uzlādēšanai un izlādei, tiek izteikts kā laika konstante, kas apzīmēta ar “τ”. RC augstfrekvences filtra laika konstante tiek dota kā τ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RC. RC HPF robežfrekvence ir dota kā, fc = 1/2 π dots kā Φ = tan-1 (1/2πfRC) kur 'fc' = izslēgšanas frekvence Hz'f '= darba frekvence Hz'R' = pretestības vērtība omos'C '= kondensatora vērtība Farads Filtrs, izmantojot Op-Amp no elektroniskajiem komponentiem un novērš troksni un dūkoņu. Augstas caurlaidības filtra shēma, izmantojot op-amp, ir parādīta zemāk. Pasīvā RC HPF ir pievienota neinvertējamam op-amp pastiprināšanai un sprieguma pieauguma kontrolei.Augstas caurlaides filtrs, izmantojot Op-Amp RC HPF izeja tiek izmantota op-amp, lai pastiprinātu un kontrolētu izejas signāla sprieguma pieaugumu. Augstas caurlaidības filtra sprieguma pieaugums, izmantojot Op-amp, ir norādīts kā Aᵥ = Vout/Vin = Af (f /fc)/√ (1+ (f/fc) 2) Kur Av = sprieguma pieaugums dB = 1+R2/R1Af = caurlaides joslas pastiprinājums fc = izslēgšanas frekvence Hzf = darba frekvence Hz Kad f <fc (zemas frekvences) , tad Vout/Vin <AfWhen f = fc (pie izslēgšanas frekvences), tad Vout/Vin = Af/2 ^½ = 0.7071AfWhen f> fc (augstas frekvences), tad Vout/Vin = Af Slēgtās cilpas joslas platums Op-amp nosaka augstāko HPF frekvenci, kurai ir nemainīgs caurlaides joslas pieaugums Af. Sprieguma pieauguma lielums ir norādīts kā Av (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Aktīvais augstās caurlaides filtrs Ja RC augstfrekvences filtrs ir pievienots aktīvajam elementam, piemēram, op-amp, lai atļautu augstās frekvences un noraidītu zemās frekvences, to sauc par aktīvo HPF. Frekvences reakcija un fāzes nobīde aktīvajā HPF ir tāda pati kā RC HPF. Aktīvā augstfrekvences filtra mērķis ir kontrolēt sprieguma pieaugumu un pastiprināt izejas signālu. Tālāk ir parādīta pastiprināšanas aktīvās augstfrekvences filtra shēma.Aktīvā HPF pastiprināšanai Pasīvā augstas caurlaidības filtra izeju un izslēgšanas frekvenci kontrolē op-amp. Ja op-amp joslas platums un pastiprinājuma raksturlielumi nosaka izslēgšanas frekvenci. Šis filtra veids darbojas kā joslas caurlaidības filtrs. Op-amp palielina izejas signāla amplitūdu, un caurlaides joslas izejas sprieguma pieaugums tiek dots kā 1+R2/R1, kas ir tāds pats kā zemas caurlaides filtrs. Pārneses funkcija Lai iegūtu augstas caurlaidības filtra pārsūtīšanas funkciju, apsveriet pasīvo RC HPF ķēdi, kā parādīts iepriekš. No iepriekš minētās shēmas Vo = izejas spriegums visā rezistorā Vi = ieejas spriegums, kas tiek pielietots visā kondensatorā Ņemot Laplasa transformāciju gan ieejas, gan izejas pusē, H (s) = Vₒ (s)/ Vᵢ (s) H (s) = R/(R+(1/sC)) Iepriekš minētais vienādojums kļūst, H (s) = sCR/(1+sCR) Aizstājot s = jw iepriekš minētajā vienādojumā /(1+jωCR) Tad vienādojums kļūst HPF pārsūtīšanas funkcijas lielums ir attēlots kā | H (jω) | ω = 1/CR, tad HPF pārsūtīšanas funkcija = 2 Ja ω = bezgalība, tad HPF pārsūtīšanas funkcija = 0 Tādējādi iepriekš minētās pārsūtīšanas funkcijas īpašības rāda, ka pasīvais RC augstfrekvences filtrs var atļaut augstās frekvences no izslēgšanas frekvences līdz i n bezgalība. ti, svārstās no 0 līdz 1, ja ω svārstās no 0.707 līdz bezgalībai. Pateicoties plakanai frekvenču reakcijai, viļņošanās nebūs. To sauc arī par plakanu plakanu filtru, ko izmanto dažādās lietojumprogrammās, kur caurlaides joslas slēgtās cilpas ieguvums ir vienotība. Pirmās kārtas Butterworth augstfrekvences filtra shēma un frekvences reakcija ir parādīta zemāk. Tie ir ļoti viegli un vienkārši projektējami.Pirmās kārtas Butterworth HPF ieguvums palielinās par +20 dB/desmitgadē, bet, ja otrās kārtas Butterworth HPF, tas būs +40 dB/desmitgadē.Butterworth HPF raksturojums Lietojumprogrammas Augstas caurlaidības filtru pielietojumi ir Skaļruņi signālu pastiprināšanai Attēlu apstrāde Izmanto līdzstrāvas pastiprināšanai un maiņstrāvas savienojumam Vadības sistēmas un audio apstrādes sistēmas. DSL sadalītāji telefonos RF lietojumprogrammas Tādējādi tas ir par augstas caurlaidības filtra (gan aktīvā, gan pasīvā tipa) pārskatu - definīcija, shēma, Butterworth HPF, HPF, izmantojot Op-amp, un tās pielietojumi. Šeit ir jautājums jums: “Kādas ir augstas caurlaidības filtru priekšrocības un trūkumi?”

Atstāj ziņu 

Message saraksts