Пасивний фільтр високих частот

Раніше ми обговорювали пасивний фільтр низьких частот, зараз саме час переглянути уявлення про пасивний фільтр високих частот.

Так само, як і раніше, якщо ви подивитесь на назву, вона відображає "Пасивний", "Високий", "Прохід" та "Фільтр". Отже, як випливає з назви, це фільтр, який блокує низькі частоти, але передає високу частоту вище заданого значення, яке буде обчислюватися за формулою.

Це «пасив», що означає відсутність зовнішнього живлення, посилення вхідного сигналу; ми зробимо схему з використанням “пасивних” компонентів, які не потребують жодного зовнішнього джерела живлення. Пасивні компоненти такі ж, як фільтр низьких частот, але порядок підключення буде точно змінений. Пасивними компонентами є резистор (R) та

конденсатор (C). Знову це конфігурація RC-фільтра.

Давайте подивимося, що трапиться, якщо ми побудуємо схему і перевіримо відповідь або “Bode Plot”…

Ось схема на цьому зображенні:

Це RC-фільтр. У загальному випадку вхідний сигнал подається на цю серії комбінацію з неполяризованого конденсатора і резистора. Це фільтр першого порядку, оскільки в схемі є лише один реактивний компонент, який є конденсатором. Відфільтрований вихід буде доступний через резистор. Поєднання цього дуету прямо протилежне фільтру низьких частот. Якщо порівняти схему з фільтром низьких частот, ми побачимо, що положення резистора та конденсатора взаємозамінне.

Як працює фільтр високих частот?

На низьких частотах реактивний опір конденсатора буде дуже великим, що буде діяти як розімкнута ланцюг і блокувати вхідний сигнал нижче точки граничної частоти (fc). Але коли точка граничної частоти досягне реактивного опору конденсатора, він почне зменшуватися і дозволяти сигналу проходити безпосередньо. Це ми детально побачимо на кривій АЧХ.

Ось крива, як це схоже на вихід конденсатора: -

Частотна характеристика та частота відсічення

Це крива частотної характеристики цієї схеми фільтра високих частот першого порядку.

f c - частота відсікання фільтра. У точці -3 дБ сигнал пропускається. Це -3 дБ також позначає частоту відсічення. Від 10 Гц до частоти відсічення сигналу заборонено проходити, оскільки частота є низькою частотою, в цей момент це частина смуги зупинки, де сигнал не має права проходити від фільтра, але вище граничної частоти після -3 дБ, частина називається позицією смуги пропускання, де сигнал пропускається. Нахил кривої становить + 20 дБ на десятиліття. Якраз навпроти фільтра низьких частот.

Формула обчислення коефіцієнта підсилення така ж, як ми використовували в нашому попередньому уроці пасивного фільтра низьких частот.

Коефіцієнт посилення (дБ) = 20 log (Vout / Vin)

Після сигналу відключення відгуки ланцюга поступово збільшуються до Vin від 0, і це збільшення відбувається зі швидкістю + 20 дБ / десятиліття. Якщо ми обчислимо збільшення на октаву, це буде 6 дБ.

Ця крива частотної характеристики - це графік Боде високочастотного фільтра. Вибравши відповідний конденсатор і належний резистор, ми могли б зупинити низькі частоти, обмежити сигнал, що проходить через схему фільтра, не впливаючи на сигнал, оскільки немає активної реакції.

На наведеному вище зображенні є слово Bandwidth. Це означає, через яку частоту сигнал пропустить сигнал. Отже, якщо це фільтр високих частот 600 кГц, то смуга пропускання буде від 600 кГц до нескінченності. Так як це дозволить пропускати всі сигнали вище граничної частоти.

На частоті відсікання ми отримаємо коефіцієнт посилення -3 дБ. У цей момент, якщо ми порівняємо амплітуду вихідного сигналу з вхідним сигналом, то ми побачимо, що амплітуда вихідного сигналу складе 70,7% вхідного сигналу. Також при -3 дБ посилення ємнісного реактивного опору і опору буде рівним. R = Xc.

Яка формула граничної частоти?

Формула частоти відсічення точно така ж, як і у фільтра низьких частот.

f c = 1 / 2πRC

Отже, R - опір, а C - ємність. Якщо ми поставимо значення, ми будемо знати частоту відсічення.

Розрахунок вихідної напруги

Побачимо перше зображення, схему, де 1 резистор і один конденсатор використовуються для формування фільтра високих частот або схеми RC.

Коли сигнал постійного струму подається по ланцюгу, це опір ланцюга, який створює падіння при протіканні струму. Але у випадку сигналу змінного струму за падіння напруги відповідає не опір, а імпеданс, який також вимірюється в Омах.

У схемі RC є дві резистивні речі. Один - опір, а інший - ємнісний реактивний опір конденсатора. Отже, нам потрібно спочатку виміряти ємнісний опір конденсатора, оскільки це буде потрібно для обчислення імпедансу схеми.

Перша резистивна опозиція - ємнісний реактивний опір, формула:

Xc = 1 / 2πfC

Вихідна формула буде в Омах, оскільки Ом є одиницею ємнісного реактивного опору, оскільки це опозиція означає Опір.

Друга опозиція - це сам резистор. Значення резистора - це також опір.

Отже, поєднуючи цю дві опозиції, ми отримаємо загальний опір, який є імпедансом у схемі RC (вхідного сигналу змінного струму).

Опір позначає як Z

Формула:

Як обговорювалося раніше, на низькій частоті реактивний опір конденсатора занадто високий, щоб він діяв як розімкнута ланцюг, реактивний опір конденсатора є нескінченним на низькій частоті, тому блокує сигнал. У цей час вихідний коефіцієнт дорівнює 0, і завдяки блоку вихідна напруга залишається 0 до досягнення частоти відсікання.

Але у високій частоті відбуватиметься навпаки, реактивний опір конденсатора занадто низький, щоб він діяв як коротке замикання, реактивний опір конденсатора дорівнює 0 на високій частоті, тому він передає сигнал. Вихідний коефіцієнт на той момент дорівнює 1, тобто ситуація посилення єдності, і завдяки посиленню одиниці вихідна напруга така ж, як і вхідна напруга після досягнення частоти відсічення.

Приклад з розрахунком

Як ми вже знаємо, що насправді відбувається всередині схеми і як дізнатися значення. Виберемо практичні цінності.

Давайте підберемо найпоширеніші значення резистора та конденсатора, 330k та 100pF. Ми вибрали значення, оскільки воно широко доступне, і його легше обчислити.

Давайте подивимося, якою буде гранична частота і якою буде вихідна напруга.

Частота відсічення буде: -

Вирішуючи це рівняння, гранична частота становить 4825 Гц або 4,825 кГц.

Давайте подивимося, правда це чи ні…

Це схема прикладу.

Як частотна характеристика, описана раніше, що на граничній частоті дБ становитиме

-3 дБ, незалежно від частот. Ми будемо шукати -3 дБ на вихідному сигналі і перевіряти, чи становить він 4825 Гц (4,825 кГц) чи ні.

Ось частотна характеристика: -

Давайте встановимо курсор на -3 дБ і побачимо результат.

Як ми можемо бачити АЧХ (також званий Bode Plot), ми встановлюємо курсор на -3,03 дБ і отримуємо частоту смуги пропускання 4,814 кГц.

Зсув фази

Фазовий кут означає, що φ (Phi) буде на виході +45

Це фазовий зсув схеми, що використовується як практичний приклад.

Давайте з’ясуємо значення фазового зсуву на частоті відсічення: -

Встановлюємо курсор на +45

Це фільтр високих частот другого порядку. КОНДЕНСАТОР і РЕЗИСТОР - це перший порядок, а КАПАЦІТОР1 і РЕЗИСТОР1 - другого порядку. Каскадно поєднуючись, вони утворюють фільтр високих частот другого порядку.

Фільтр другого порядку виконує роль нахилу 2 х + 20 дБ / декада або + 40 дБ (12 дБ / октава).

Ось крива відповіді: -

Нахил становить + 20 дБ / десятиліття і червоний на кінцевому виході, який має нахил + 40 дБ / десятиліття.

Це розрахує частоту відсікання схеми високих частот другого порядку.

Так само, як і фільтр низьких частот, не так добре каскадувати два пасивні фільтри високих частот, оскільки динамічний опір кожного порядку фільтру впливає на іншу мережу в тій же схемі.

Програми

Фільтр низьких частот широко застосовується в електроніці.

Ось кілька додатків: -

1. Аудіо приймач та еквалайзер
2. Система управління музикою та частотна модуляція високих частот.
3. Генератор функцій
4. Катодно-променеве телебачення та осцилограф.
5. Генератор квадратних хвиль від трикутної хвилі.
6. Генератори імпульсів.
7. Генератори спуск на крок.