Kas yra aukšto dažnio filtras: darbas ir jo taikymas

Filtrai yra elektroninės grandinės, leidžiančios tam tikrus dažnio komponentus ir slopinančios nepageidaujamus įvesties signalo dažnio komponentus. Jie randami įvairiose elektroninėse programose, leidžiančiose tam tikrą signalo dažnių diapazoną. Iš esmės filtrai yra suskirstyti į du tipus, atsižvelgiant į komponentų, naudojamų projektuojant ir eksploatuojant, tipą. Tai pasyvūs ir aktyvūs filtrai. Priklausomai nuo dažnių diapazono, filtrai yra suskirstyti į 4 tipus. Tai žemo dažnio filtrai, aukšto dažnio filtrai, pralaidumo filtrai ir juostos sustabdymo filtrai. Šiame straipsnyje aprašomas aukšto dažnio filtras, kurį galima naudoti ir kaip aktyvųjį, ir kaip pasyvųjį filtrą. Kas yra aukšto dažnio filtras? Filtras turi galimybę leisti aukšto dažnio signalo komponentus ir slopina visus žemo dažnio signalas, žinomas kaip aukšto dažnio filtras. Tai gali leisti aukšto dažnio komponentams viršyti ribinį dažnį ir atmesti visus kitus nepageidaujamus signalo dažnio komponentus. Šio tipo filtrai randami įvairiose RF grandinėse ir signalų apdorojimo sistemose. Praktiškai šis filtras leis žemesnius signalo dažnius, kurie yra mažesni už ribinį dažnį. Aukšto dažnio filtro grandinė Ši grandinė yra tokia pati kaip žemo dažnio filtro grandinė, išskyrus tai, kad komponentų rezistorius ir kondensatorius yra keičiami, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.Aukšto dažnio filtro grandinė Du pasyviųjų elementų rezistoriai ir kondensatoriai yra sujungti nuosekliai, kad dažnis būtų didesnis nei signalo išjungimo dažnis. Signalo išėjimo įtampa gaunama per rezistorių, naudojant kondensatoriaus įėjimo įtampą. Šio tipo filtrai patenka į pirmosios eilės aukšto dažnio filtrų grandinę. Antros eilės HPF yra ne kas kita, kaip dviejų RC aukšto dažnio filtrų grandinių eilės. Antrosios eilės HPF pralaidumo padidėjimas padidės +40 dB per dešimtmetį. Pasyvus RC HPC Pasyvios RC aukšto dažnio filtro grandinė gali būti suprojektuota dviem deriniais, tokiais kaip rezistorius ir kondensatorius (pasyvus RC HPF); rezistorius ir induktorius (pasyvus RL HPF), pagrįstas programa. Pasyvus RC HPF naudojamas garso ar žemo dažnio diapazonų programoms. Pasyvios RL HPF grandinės yra naudojamos RF arba aukšto dažnio diapazonuose. Aukšto dažnio filtro grandinė taip pat vadinama pasyviu RC aukšto dažnio filtru, nes naudojami pasyvūs elementai, tokie kaip rezistorius ir kondensatorius. Pagrindinis privalumas yra tas, kad nereikia naudoti jokio išorinio maitinimo šaltinio ar stiprinimo komponentų. Pasyvus RC HPF yra paprasta RC HPF grandinė, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Kondensatorius ir rezistorius yra sujungti nuosekliai, kur išėjimo įtampa yra sukurta per rezistorių. Dėl kondensatoriaus reaktyvumo filtras leidžia tik aukštus signalo dažnius, didesnius nei išjungimo dažnis, ir blokuoja žemesnius signalo dažnius žemiau ribinio dažnio. Šios aukšto dažnio filtro charakteristikos paaiškinamos dažnio atsaku ir išėjimo signalo fazės poslinkiu. Idealios charakteristikos signalo, kuris yra mažesnis už išjungimo dažnį. Idealios HPF charakteristikos pateiktos žemiau. Perėjimo juosta vadinama HPF, leidžiančia aukštesnius dažnius, kurie yra didesni už ribinį dažnį. Šis filtras slopina žemus dažnius, kurie vadinami stabdymo juosta.Idealios aukšto dažnio filtro charakteristikos Dažnio atsakas Išėjimo signalo dažnis yra tiesiogiai proporcingas padidėjimui. Kai dažnis didėja, padidėjimas padidėja. RC aukšto dažnio filtro dažnio atsakas priklauso nuo kondensatoriaus reaktyvumo. Kondensatorius sukuria reikiamą reaktyvumo kiekį arba aukštą reaktyvumą, kad susilpnintų žemus signalo dažnius, ty žemiau ribinio dažnio. Esant mažam kondensatoriaus reaktyvumui, RC aukšto dažnio filtras leidžia aukšto dažnio signalo komponentus, ty didesnį nei išjungimo dažnis. Tačiau praktiškai RC aukšto dažnio filtras leidžia žemus dažnius žemiau savo ribinio dažnio. RC aukšto dažnio filtro stiprinimas tampa vieningas, kai aukšto dažnio reaktyvumas yra mažas/nulis. Tai reiškia, kad išėjimo įtampa yra tokia pati kaip nurodyta įėjimo įtampa. Norint leisti aukštus dažnius ir atmesti žemus dažnius, talpinė reaktyvumas mažėja didėjant dažniui, todėl padidėja išėjimo įtampa ir padidėjimas. Talpinė reaktyvumas pateikiamas kaipRC HPF charakteristikos Iš paveikslo galime pastebėti, kad žemieji dažniai yra užblokuoti/atmesti ir padidina išėjimo įtampą +20 dB per dešimtmetį, kai dažnis yra išjungimo dažnio ir R = Xc. RC aukšto dažnio filtras leidžia aukštus dažnius (nuo ribinio dažnio iki begalybės), kai išėjimo įtampa yra 0.7071 arba 70.71% jo įėjimo įtampos, ty esant -3 dB įėjimo ir išvesties lygiams (apskaičiuojant 20 log Vout/Vin). Tai reiškia, kad HPF dažnio atsakas yra, aukšto dažnio signalai leidžiami nuo ribinio dažnio iki begalybės. Esant ribiniam dažniui, įvesties signalo ir išėjimo signalo fazės poslinkis yra tas pats, ty 45 °. Kai signalo dažnis yra didesnis nei išjungimo dažnis, fazės kampas yra nulis. Tai reiškia, kad išėjimo signalas aukšto dažnio įvesties signalo atžvilgiu yra fazėje. Kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo laikas išreiškiamas laiko konstanta, žymima „τ“. RC aukšto dažnio filtro laiko konstanta pateikiama kaipτ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RC. RC HPF ribinis dažnis pateikiamas kaip, fc = 1/2πRC. RC HPF fazės poslinkis yra duota kaip Φ = tan-1 (1/2πfRC) kur „fc“ = išjungimo dažnis Hz “f“ = veikimo dažnis Hz „R“ = atsparumo vertė omais „C“ = kondensatoriaus vertė Faraduose Filtras naudojant „Op-Amp“ Aukšto dažnio filtrą naudojant „Op-amp“ labai lengva suprojektuoti ir įdiegti, nes jame naudojamas ribotas Nr. elektroninių komponentų ir pašalina triukšmą bei dūzgimą. Aukšto dažnio filtro, naudojant op-amp, grandinės schema parodyta žemiau. Pasyvus RC HPF yra prijungtas prie neinvertuojančio op-amp stiprinimui ir įtampos padidėjimo valdymui.Aukšto dažnio filtras naudojant „Op-Amp“ Išvestį riboja op-amp atvirojo ciklo charakteristikos. RC HPF išvestis naudojama op-amp, siekiant sustiprinti ir valdyti išėjimo signalo įtampos padidėjimą. Aukšto dažnio filtro įtampos padidėjimas naudojant Op-amp yra pateiktas kaip Aᵥ = Vout/Vin = Af (f /fc)/√ (1+ (f/fc) 2) Kur Av = įtampos padidėjimas dB = 1+R2/R1Af = pralaidumo juostos padidėjimas fc = išjungimo dažnis Hzf = veikimo dažnis Hz Kai f <fc (žemi dažniai) , tada Vout/Vin <Af Kai f = fc (esant ribiniam dažniui), tada Vout/Vin = Af/2 ^½ = 0.7071AfWhen f> fc (aukšti dažniai), tada Vout/Vin = Af Op-amp nustato aukščiausią HPF dažnį, kurio pralaidumo diapazonas yra pastovus Af. Įtampos padidėjimo dydis nurodomas kaipAv (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Aktyvus aukšto dažnio filtras Jei RC aukšto dažnio filtras yra prijungtas prie aktyvaus elemento, pvz., „Op-amp“, kad būtų leidžiami aukšti dažniai, ir atmeta žemus dažnius, jis vadinamas aktyviu HPF. Aktyvaus HPF dažnio atsakas ir fazės poslinkis yra tokie patys kaip RC HPF. Aktyvaus aukšto dažnio filtro paskirtis yra valdyti įtampos padidėjimą ir sustiprinti išėjimo signalą. Stiprinimui skirto aktyvaus aukšto dažnio filtro schema parodyta žemiau.Aktyvus HPF stiprinimui Pasyvaus aukšto dažnio filtro išėjimą ir išjungimo dažnį valdo op-amp. Kur op-amp pralaidumas ir stiprinimo charakteristikos nustato ribinį dažnį. Šio tipo filtrai veikia kaip pralaidumo filtras. Op-amp padidina išėjimo signalo amplitudę, o praėjimo juostos išėjimo įtampos padidėjimas pateikiamas kaip 1+R2/R1, kuris yra toks pat kaip žemo dažnio filtras. Perkėlimo funkcija apsvarstykite pasyvią RC HPF grandinę, kaip parodyta aukščiau. Iš aukščiau pateiktos grandinės Vo = išėjimo įtampa per rezistorių Vi = įėjimo įtampa, taikoma kondensatoriui Imant Laplaso transformaciją tiek įėjimo, tiek išėjimo pusėje, H (s) = Vₒ (s)/ Vᵢ (s) H (s) = R/(R+(1/sC)) Anksčiau pateikta lygtis tampa H /(1+jωCR) Tada lygtis tampa HPF perkėlimo funkcijos dydis vaizduojamas kaip | H (jω) | = ωCR/√ (1+ (ωCR)^1) Jei ω = 2, tada HPF perdavimo funkcija = 0 ω = 0/CR, tada HPF perdavimo funkcija = 1 Jei ω = begalybė, tada HPF perdavimo funkcija = 0.707 Taigi aukščiau pateiktos perdavimo funkcijos charakteristikos rodo, kad pasyvus RC aukšto dažnio filtras gali leisti aukštus dažnius nuo išjungimo dažnio iki i n begalybė. ty svyruoja nuo 1 iki 0, jei ω svyruoja nuo 1 iki begalybės. Butterworth aukšto dažnio filtras yra vienas iš HPF tipų, užtikrinantis plokščią dažnio atsaką pralaidumo juostoje. Dėl savo plokščio dažnio atsako nebus raibulių. Jis taip pat žinomas kaip plokščias plokščias filtras, naudojamas įvairiose srityse, kai pralaidumo juostos uždaro ciklo padidėjimas yra vienybė. Žemiau parodyta pirmojo eilės Butterworth aukšto dažnio filtro grandinės schema ir dažnio atsakas. Jie yra labai paprasti ir lengvai suprojektuoti.Pirmojo eilės „Butterworth“ HPF padidėjimas padidėja +20 dB per dešimtmetį, o antros eilės „Butterworth“ HPF padidės +40 dB per dešimtmetį.Butterworth HPF charakteristikos Taikomosios programos Aukšto dažnio filtrų programos yra Garsiakalbiai signalams stiprinti Vaizdo apdorojimas Naudojamas nuolatinės srovės stiprinimui ir kintamosios srovės jungčiai Valdymo sistemos ir garso apdorojimo sistemos. DSL skirstytuvai telefonuose RF programos Taigi, tai yra aukšto dažnio filtro (tiek aktyvaus, tiek pasyvaus tipo) apžvalga - apibrėžimas, grandinė, Butterworth HPF, HPF naudojant „Op-amp“ ir jo taikymas. Štai jums klausimas: „Kokie yra aukšto dažnio filtrų privalumai ir trūkumai?

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas