Šta je visokopropusni filter: rad i njegove primene

Filteri su elektronska kola koja dozvoljavaju određene frekventne komponente i prigušuju neželjene frekvencijske komponente ulaznog signala. Oni se nalaze u različitim elektronskim aplikacijama kako bi se omogućio određeni opseg frekvencija signala. У основи, филтери су подељени у два типа на основу врсте компоненти које се користе при пројектовању и раду. To su pasivni filteri i aktivni filteri. U zavisnosti od opsega frekvencija, filteri su kategorisani u 4 tipa. То су нископропусни филтери, високопропусни филтри, филтери пропусних опсега и филтери за заустављање опсега. Ovaj članak opisuje visokopropusni filter, koji se može koristiti i kao aktivni filter i kao pasivni filter. Šta je visokopropusni filter? Filter ima mogućnost da dozvoli visokofrekventne komponente signala i priguši sve niskofrekventne komponente signala. сигнал, познат је као високопропусни филтер. Може дозволити да високофреквентне компоненте буду веће од граничне фреквенције и одбаци све остале нежељене фреквенцијске компоненте сигнала. Ове врсте филтера се налазе у различитим РФ круговима и системима за обраду сигнала. U praksi, ovaj filter će dozvoliti niže frekvencije signala, što je niže od granične frekvencije. Kolo visokopropusnog filtera Ovo kolo je isto kao i kolo niskopropusnog filtera, osim što su komponentni otpornik i kondenzator zamenjeni kao što je prikazano na donjoj slici.Круг високопропусног филтера Два отпорника пасивних елемената и кондензатор повезани су серијски у комбинацији како би омогућили фреквенције веће од граничне фреквенције сигнала. Izlazni napon signala se dobija na otporniku primenom ulaznog napona na kondenzator. Ovaj tip filtera spada u krug visokopropusnog filtera prvog reda. HPF drugog reda nije ništa drugo do kaskada dva RC kola visokopropusnih filtera u seriji. Povećanje pojačanja propusnog opsega u HPF-u drugog reda biće po stopi od +40dB/deceniju. Pasivni RC HPC Pasivni RC visokopropusni filter kola može biti dizajniran u dve kombinacije kao što su otpornik i kondenzator (pasivni RC HPF); otpornik i induktor (pasivni RL HPF) na osnovu aplikacije. Пасивни РЦ ХПФ се користи за апликације на аудио или нискофреквентним опсезима. Pasivna RL HPF kola se koriste za aplikacije u RF ili visokofrekventnim opsezima. Kolo visokopropusnog filtera se takođe naziva pasivni RC visokopropusni filter zbog upotrebe pasivnih elemenata kao što su otpornik i kondenzator. Glavna prednost je u tome što nema potrebe za primenom eksternog napajanja ili bilo koje komponente za pojačavanje. Pasivni RC HPF je jednostavno RC HPF kolo kao što je prikazano na gornjoj slici. Kondenzator i otpornik su povezani u seriju gde se izlazni napon razvija preko otpornika. Zbog reaktanse kondenzatora, filter dozvoljava samo visoke frekvencije signala veće od granične frekvencije i blokira niže frekvencije signala ispod granične frekvencije. Карактеристике Ове карактеристике високопропусног филтера објашњене су у смислу фреквенцијског одзива и фазног помака излазног сигнала. Идеалне карактеристике Главна карактеристика ХПФ-а је то што дозвољава свим високофреквентним компонентама веће од граничне фреквенције и пригушује све ниске фреквенције signala, koji su niži od granične frekvencije. Идеалне карактеристике ХПФ -а приказане су у наставку. Opseg propusnosti se naziva HPF dozvoljava više frekvencije koje su veće od granične frekvencije. Ovaj filter prigušuje niske frekvencije, koje se nazivaju zaustavni pojas.Idealne karakteristike visokopropusnog filtera Frekventni odziv Frekvencija izlaznog signala je direktno proporcionalna pojačanju. Kako se frekvencija povećava, pojačanje se povećava. Фреквентни одзив високопропусног филтера РЦ зависи од реактанције кондензатора. Кондензатор производи потребну количину реактансе или велике реактанције да пригуши ниске фреквенције сигнала, тј. Испод граничне фреквенције. При ниском реактанту кондензатора, РЦ високопропусни филтер дозвољава високофреквентне компоненте сигнала, тј. Веће од граничне фреквенције. Ali, praktično, RC visokopropusni filter dozvoljava niske frekvencije ispod svoje granične frekvencije. Pojačanje RC visokopropusnog filtera postaje jedinica kada je reaktanca niska/nula na visokim frekvencijama. To znači da je izlazni napon isti kao dati ulazni napon. Da bi se dozvolile visoke frekvencije i odbacile niske frekvencije, kapacitivna reaktansa se smanjuje sa povećanjem frekvencije, što rezultira povećanjem izlaznog napona i pojačanja. Капацитивна реактанција је дата као, Ксц = 1/2πфцГде је 'фц' = гранична фреквенција у Хз'Ксц '= капацитивна реактанција У наставку су приказане карактеристике фреквенцијског одзива и фазног помака високопропусног филтера РЦ.Karakteristike RC HPF-a Sa slike, možemo primetiti da su niske frekvencije blokirane/odbijene i povećavaju izlazni napon za +20dB/dekada kada je frekvencija na graničnoj frekvenciji i R=Xc. RC visokopropusni filter dozvoljava visoke frekvencije (od granične frekvencije do beskonačnosti) kada je izlazni napon 0.7071 ili 70.71% njegovog ulaznog napona, tj. na -3dB ulaznih i izlaznih nivoa (izračunavanjem 20 log Vout/Vin). То значи да је фреквенцијски одзив ХПФ-а дозвољен, високофреквентни сигнали су дозвољени од граничне фреквенције до бесконачности. На граничној фреквенцији, фазни помак улазног и излазног сигнала је исти, тј. На 45 °. Kada je frekvencija signala veća od granične frekvencije, fazni ugao je nula. То значи да је излазни сигнал у фази у односу на улазни сигнал на високим фреквенцијама. Вријеме потребно за пуњење и пражњење кондензатора изражено је у облику временске константе, означене са 'τ'. Временска константа РЦ високопропусног филтера дата је каоτ = РЦ = 1/2πфцω = 1/τ = 1/РЦ Гранична фреквенција РЦ ХПФ-а дата је као, фц = 1/2πРЦ Фазни помак РЦ ХПФ-а је dato kao Φ=tan-1 (1/2πfRC)Gde je 'fc' = granična frekvencija u Hz'f' = radna frekvencija u Hz'R' = vrednost otpora u omima'C'= vrednost kondenzatora u Farads High Pass Филтрирање помоћу Оп-Амп-а Високопропусни филтер помоћу оп-амп-а је врло једноставан за пројектовање и имплементацију јер користи ограничено бр. електронских компоненти и уклања буку и брујање. Šema strujnog kola visokopropusnog filtera koji koristi op-amp je prikazana ispod. Пасивни РЦ ХПФ је повезан са неинвертирајућим оп-амп-ом ради појачања и контроле појачања напона.Visokopropusni filter koji koristi op-pojačaloIzlaz je ograničen karakteristikama op-pojačala otvorene petlje. Излаз РЦ ХПФ се примењује на оп-појачало за појачавање и контролу појачања напона излазног сигнала. Добијање напона високопропусног филтера помоћу Оп-појачала дато је као Аᵥ = Воут/Вин = Аф (ф /фц)/√ (1+ (ф/фц) 2) Где је Ав = појачање напона у дБ = 1+Р2/Р1Аф = појачање пропусног опсегафц = гранична фреквенција у Хзф = радна фреквенција у Хз Када је ф <фц (ниске фреквенције) , затим Воут/Вин <Аф Када је ф = фц (на граничној фреквенцији), затим Воут/Вин = Аф/2 ^½ = 0.7071АфКада је ф> фц (високе фреквенције), тада Воут/Вин = Аф Пропусни опсег затворене петље Op-amp određuje najvišu frekvenciju HPF-a, koja ima konstantno pojačanje u opsegu propusnosti Af. Veličina pojačanja napona je data kao Av(dB) = 20 log (Vout/Vin)-3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin) )Aktivni visokopropusni filter Ako je RC visokopropusni filter povezan sa aktivnim elementom kao što je op-amp da bi dozvolio visoke frekvencije i odbio niske frekvencije, onda se naziva aktivnim HPF. Frekvencijski odziv i fazni pomak aktivnog HPF-a su isti kao i RC HPF. Svrha aktivnog visokopropusnog filtera je da kontroliše pojačanje napona i pojača izlazni signal. Дијаграм кола активног високопропусног филтера за појачање приказан је испод.Активни ХПФ за појачање Круг РЦ ХПФ је повезан са необрнутим оп-појачалом. Izlaz i granična frekvencija pasivnog visokopropusnog filtera kontroliše op-amp. Тамо где карактеристике пропусног опсега и појачања оп-амп-а одређују граничну фреквенцију. Ова врста филтера делује као пропусни филтер. Оп-појачало повећава амплитуду излазног сигнала, а добитак излазног напона пропусног опсега се даје као 1+Р2/Р1, што је исто што и нископропусни филтер. Функција преноса Да бисмо извели функцију преноса филтера високих пролаза, узмите у обзир пасивно РЦ ХПФ коло као што је приказано горе. Из горњег кола, Во = излазни напон преко отпорника Ви = улазни напон примењен преко кондензатора Узимањем Лаплацеове трансформације и на улазној и на излазној страни, Х (с) = Вₒ (с)/ Вᵢ (с) Х (с) = Р/(Р+(1/сЦ)) Горња једначина постаје, Х (с) = сЦР/(1+сЦР) Заменом с = јв у горњој једначини Х (јω) = јωЦР /(1+jωCR)Tada jednačina postaje Veličina prenosne funkcije HPF-a je predstavljena kao|H(jω)|=ωCR/√(1+(ωCR)^2 )Ako je ω = 0, onda je HPF prenosna funkcija = 0Ako ω = 1/ЦР, тада је функција преноса ХПФ = 0.707 Ако је ω = бесконачност, онда је функција преноса ХПФ = 1 Отуда горње карактеристике преносне функције показују да пасивни РЦ високопропусни филтер може дозволити високим фреквенцијама од граничне фреквенције до и нфинити. тј. варира од 0 до 1 ако ω варира од 0 до бесконачности. Буттервортх ХПФФилтер високог пролаза Буттервортх један је од типова ХПФ -ова који пружа раван фреквенцијски одзив у пропусном опсегу. Zbog ravnog frekventnog odziva, neće biti talasanja. Takođe je poznat kao flat-flat filter, koji se koristi u različitim aplikacijama gde je pojačanje propusnog opsega u zatvorenoj petlji jedinica. Схема кола и фреквенцијски одзив високопропусног филтера Буттервортх високог пролаза првог реда приказани су испод. Они су врло лаки и једноставни за дизајн.Butterworth HPF Pojačanje se povećava po stopi od +20dB/deceniju za Butterworth HPF prvog reda, dok će za Butterworth HPF drugog reda iznositi +40dB/deceniju.Butterworth HPF karakteristikeAplikacije Primene visokopropusnih filtera su zvučnici za pojačavanje signala.Obrada slike Koriste se za pojačavanje jednosmerne struje i za spajanje naizmeničnom strujom.Kontrolni sistemi i sistemi za obradu zvuka.DSL razdelnici u telefonimaRF aplikacijama Dakle, ovde se radi o pregledu visokopropusnog filtera (aktivnog i pasivnog tipa) - definicija, kolo, Butterworth HPF, HPF koristeći Op-amp, i njegove aplikacije. Ево питања за вас: "Које су предности и недостаци високопропусних филтера?"

Остави поруку 

Листа порука