Kaj je visokoprepustni filter: delo in njegove aplikacije

Filtri so elektronska vezja, ki omogočajo določene frekvenčne komponente in oslabijo neželene frekvenčne komponente vhodnega signala. Te najdemo v različnih elektronskih aplikacijah, ki omogočajo določeno območje frekvenc signala. V bistvu so filtri razdeljeni na dve vrsti glede na vrsto komponent, ki se uporabljajo pri načrtovanju in delovanju. To so pasivni in aktivni filtri. Glede na razpon frekvenc so filtri razvrščeni v 4 vrste. To so nizkoprepustni filtri, visokoprepustni filtri, pasovni filtri in pasovni stop filtri. Ta članek opisuje visokofrekvenčni filter, ki se lahko uporablja kot aktivni in pasivni filter. Kaj je visokofrekvenčni filter? Filter lahko dovoli visokofrekvenčne komponente signala in oslabi vse nizkofrekvenčne komponente signala. signal, znan kot visokoprepustni filter. Lahko dovoli, da visokofrekvenčne komponente presegajo mejno frekvenco in zavrne vse druge neželene frekvenčne komponente signala. Te vrste filtrov najdemo v različnih RF vezjih in sistemih za obdelavo signalov. V praksi bo ta filter omogočal nižje frekvence signala, ki so nižje od mejne frekvence. Vezje visokofrekvenčnega filtra To vezje je enako vezju nizkoprepustnega filtra, le da sta upor komponent in kondenzator zamenjana, kot je prikazano na spodnji sliki.Tokokrog visokopasovnega filtra Dva pasivna elementa, upor in kondenzator sta povezana v serijsko kombinacijo, da se omogočijo frekvence, višje od mejne frekvence signala. Izhodna napetost signala se pridobi na uporu z uporabo vhodne napetosti na kondenzatorju. Ta vrsta filtra spada v vezje visokoprehodnih filtrov prvega reda. HPF drugega reda ni nič drugega kot kaskadna zaporedja dveh RC visokofrekvenčnih filtrskih vezij. Povečanje dobička pasovnega pasu v HPF drugega reda bo s hitrostjo +40dB/desetletje. Pasivni RC HPC Pasivno visokofrekvenčni filtrirni krog RC je lahko oblikovan v dveh kombinacijah, kot sta upor in kondenzator (pasivni RC HPF); upor in induktor (pasivni RL HPF) glede na aplikacijo. Pasivni RC HPF se uporablja za aplikacije na avdio ali nizkofrekvenčnih območjih. Pasivna vezja RL HPF se uporabljajo za aplikacije v RF ali visokofrekvenčnih območjih.Visokoprepustni filtrirni vezje se zaradi uporabe pasivnih elementov, kot sta upor in kondenzator, imenuje tudi pasivni visokofrekvenčni filter RC. Glavna prednost je, da ni potrebe po uporabi zunanjega napajalnika ali ojačevalnih komponent. Pasivni RC HPF je preprosto vezje RC HPF, kot je prikazano na zgornji sliki. Kondenzator in upor sta povezana zaporedno, kjer se izhodna napetost razvije skozi upor. Zaradi odpornosti kondenzatorja filter dovoljuje le visoke frekvence signala, večje od mejne frekvence, in blokira nižje frekvence signala pod mejno frekvenco. Značilnosti Te značilnosti visokoprehodnega filtra so pojasnjene v smislu frekvenčnega odziva in faznega premika izhodnega signala. Idealne značilnosti Glavna značilnost HPF je, da omogoča, da vse visokofrekvenčne komponente presegajo mejno frekvenco in oslabijo vse nizke frekvence. signala, ki so nižji od mejne frekvence. Idealne lastnosti HPF so prikazane spodaj. Prehodni pas se imenuje HPF omogoča višje frekvence, ki so večje od mejne frekvence. Ta filter duši nizke frekvence, ki se imenujejo stoppasse.Idealne lastnosti visokoprehodnega filtra Frekvenčni odziv Frekvenca izhodnega signala je neposredno sorazmerna z ojačitvijo. Ko se frekvenca poveča, se dobiček poveča. Frekvenčni odziv visokofrekvenčnega filtra RC je odvisen od reaktansa kondenzatorja. Kondenzator proizvede potrebno količino upornosti ali visoko reaktanco, da oslabi nizke frekvence signala, tj. Pod mejno frekvenco. Pri nizki reaktanci kondenzatorja visokofrekvenčni filter RC omogoča visokofrekvenčne komponente signala, to je večje od mejne frekvence. Toda praktično visokofrekvenčni filter RC omogoča nizke frekvence pod mejno frekvenco. Ojačanje visokoprepustnega filtra RC postane enota, ko je reaktanca pri visokih frekvencah nizka/nič. To pomeni, da je izhodna napetost enaka dani vhodni napetosti. Da bi omogočili visoke frekvence in zavrnili nizke frekvence, se kapacitivni upor zmanjšuje s povečanjem frekvence, kar ima za posledico povečanje izhodne napetosti in dobička. Kapacitivna reaktanca je podana kot, Xc = 1/2πfc Kjer je 'fc' = mejna frekvenca v Hz'Xc '= kapacitivna reaktanca Spodaj sta prikazani frekvenčni odziv in fazni premik visokoprehodnega filtra RC.Značilnosti RC HPF Iz slike lahko opazimo, da so nizke frekvence blokirane/zavrnjene in povečajo izhodno napetost za +20dB/desetletje, ko je frekvenca na mejni frekvenci in R = Xc. Visokoprepustni filter RC omogoča visoke frekvence (od mejne frekvence do neskončnosti), ko je izhodna napetost 0.7071 ali 70.71% njene vhodne napetosti, torej pri -3dB vhodnih in izhodnih nivojih (z izračunom 20 log Vout/Vin). To pomeni, da je frekvenčni odziv HPF-ja dovoljen, da so visokofrekvenčni signali dovoljeni od mejne frekvence do neskončnosti. Pri mejni frekvenci je fazni premik vhodnega in izhodnega signala enak, tj pri 45 °. Ko je frekvenca signala večja od mejne frekvence, je fazni kot nič. To pomeni, da je izhodni signal v fazi glede na vhodni signal pri visokih frekvencah. Čas polnjenja in praznjenja kondenzatorja je izražen v obliki časovne konstante, označene z 'τ'. Časovna konstanta visokofrekvenčnega filtra RC je podana kot podano kot Φ = tan-1 (2/1πfRC) Kjer je 'fc' = mejna frekvenca v Hz'f '= delovna frekvenca v Hz'R' = vrednost upora v ohmih 'C' = vrednost kondenzatorja v FaradsHigh Pass Filter z op-ojačevalnikom Visokoprepustni filter z op-amp je zelo enostaven za načrtovanje in implementacijo, ker uporablja omejeno št. elektronskih komponent ter odstrani hrup in hrup. Shema vezja visokoprehodnega filtra z op-amp je prikazana spodaj. Pasivni RC HPF je povezan z neinvertirajočim op-ojačevalnikom za ojačenje in nadzor napetosti.Visokoprepustni filter z op-ojačevalnikom Izhod je omejen z značilnostmi op-ojačevalnika z odprto zanko. Izhod RC HPF se uporablja za op-amp za ojačanje in nadzor napetostnega ojačanja izhodnega signala. Dobiček napetosti visokoprehodnega filtra z Op-amp je podan kot Aᵥ = Vout/Vin = Af (f /fc)/√ (1+ (f/fc) 2) Kjer je Av = povečanje napetosti v dB = 1+R2/R1Af = dobiček prehodnega pasu fc = mejna frekvenca v Hzf = delovna frekvenca v Hz Ko je f <fc (nizke frekvence) , potem Vout/Vin <Af Ko je f = fc (pri mejni frekvenci), nato Vout/Vin = Af/2 ^½ = 0.7071Af Ko je f> fc (visoke frekvence), potem Vout/Vin = Af Pasovna širina zaprte zanke Op-amp določa najvišjo frekvenco HPF, ki ima konstantno pasovno ojačenje Af. Velikost napetostnega ojačanja je podana kot Av(dB) = 20 log (Vout/Vin)-3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Aktivni visokoprepustni filter Če je visokofrekvenčni filter RC povezan z aktivnim elementom, kot je op-amp, da dovoljuje visoke frekvence in zavrača nizke frekvence, se imenuje aktivni HPF. Frekvenčni odziv in fazni premik aktivnega HPF sta enaka kot RC HPF. Namen aktivnega visokoprepustnega filtra je nadzor napetosti in ojačanje izhodnega signala. Shema vezja aktivnega visokoprehodnega filtra za ojačanje je prikazana spodaj.Aktivni HPF za ojačitev. Vezje RC HPF je povezano z neinvertirajočim op-ojačevalnikom. Izhodno in mejno frekvenco pasivnega visokoprepustnega filtra nadzira op-amp. Kjer pasovna širina in ojačevalne lastnosti op-amp določajo mejno frekvenco. Ta vrsta filtra deluje kot pasovni filter. Op-amp poveča amplitudo izhodnega signala in dobitek izhodne napetosti pasovnega pasu je 1+R2/R1, kar je enako nizkoprepustnemu filtru. razmislite o pasivnem RC HPF vezju, kot je prikazano zgoraj. Iz zgornjega vezja je Vo = izhodna napetost na uporu Vi = vhodna napetost na kondenzatorju. Z uporabo Laplaceove transformacije na vhodni in izhodni strani je H(s)=Vₒ(s)/ Vᵢ (s) H (s) = R/(R+(1/sC)) Zgornja enačba postane H (s) = sCR/(1+sCR) Z zamenjavo s = jw v zgornji enačbi H (jω) = jωCR /(1+jωCR)Potem enačba postane Velikost prenosne funkcije HPF predstavljena kot|H(jω)|=ωCR/√(1+(ωCR)^2 )Če je ω = 0, potem je prenosna funkcija HPF = 0Če ω = 1/CR, nato prenosna funkcija HPF = 0.707 Če je ω = neskončnost, potem prenosna funkcija HPF = 1 Zato zgornje značilnosti prenosne funkcije kažejo, da lahko pasivni visokofrekvenčni filter RC omogoča visoke frekvence od odrezane frekvence do i nfinity. se spreminja od 0 do 1, če se ω spreminja od 0 do neskončnosti.Butterworth HPFVisoprehodni filter Butterworth je ena od vrst HPF -jev, ki zagotavljajo frekvenčni odziv v pasu. Zaradi ravnega frekvenčnega odziva ne bo nobenih valov. Znan je tudi kot plosko-ploski filter, ki se uporablja v različnih aplikacijah, kjer je dobiček prehodnega pasu v zaprti zanki enotnost. Shema vezja in frekvenčni odziv Butterworthovega visokoprepustnega filtra prvega reda je prikazana spodaj. Te so zelo enostavne in enostavne za oblikovanje.Butterworth HPF Dobiček se poveča za +20dB/desetletje za Butterworth HPF prvega reda, medtem ko bo za HPF drugega reda Butterworth HPF +40dB/desetletje.Butterworth HPF karakteristike Značilnosti uporabe Visokoprepustni filtri so Zvočniki za ojačanje signalov Obdelava slik Uporablja se pri ojačanju enosmernega toka in za povezavo z izmeničnim tokom Kontrolni sistemi in sistemi za obdelavo zvoka. Razdelniki DSL v telefonih RF aplikacije Tako gre za pregled visokoprehodnega filtra (aktivnega in pasivnega tipa) - definicija, vezje, Butterworth HPF, HPF z uporabo Op-amp in njegove aplikacije. Tukaj je vprašanje za vas: "Kakšne so prednosti in slabosti visokoprepustnih filtrov?"

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo