Wat is 'n hoëpasfilter: werk en die toepassings daarvan

Filters is die elektroniese stroombane wat spesifieke frekwensiekomponente toelaat en die ongewenste frekwensiekomponente van 'n insetsein verswak. Dit word in verskillende elektroniese toepassings gevind om 'n spesifieke reeks frekwensies van 'n sein toe te laat. Basies word filters in twee tipes verdeel, gebaseer op die tipe komponente wat gebruik word by die ontwerp en werking. Dit is passiewe filters en aktiewe filters. Afhangende van die reeks frekwensies, word filters in vier tipes ingedeel. Dit is laagpasfilters, hoëpasfilters, bandpasfilters en bandstopfilters. Hierdie artikel beskryf die hoëpasfilter, wat as aktiewe en passiewe filter gebruik kan word, wat is 'n hoëpasfilter? sein, staan ​​bekend as High Pass Filter. Dit kan die hoëfrekwensie-komponente groter as die afsnyfrekwensie toelaat en verwerp alle ander ongewenste frekwensie-komponente van 'n sein. Hierdie tipe filters word in verskillende RF -stroombane en seinverwerkingstelsels aangetref. In die praktyk laat hierdie filter laer frekwensies van 'n sein toe, wat laer is as die afsnyfrekwensie. High Pass Filter Circuit Hierdie stroombaan is dieselfde as dié van 'n laagdeurlaatfilterbaan, behalwe dat die komponente weerstand en kapasitor uitgeruil word soos getoon in die onderstaande figuur.High Pass Filter Circuit Twee passiewe elemente weerstand en kapasitor is in serie gekombineer om die frekwensies hoër as die afsnyfrekwensie van 'n sein toe te laat. Die uitgangsspanning van 'n sein word oor die weerstand verkry deur insetspanning oor die kapasitor toe te pas. Hierdie tipe filter val onder die eerste orde hoëpasfilterbaan. Die tweede orde HPF is niks anders as 'n waterval van twee RC hoëpasfilterbane in serie nie. Die toename in wins van die pasband in die tweede-orde HPF sal teen 'n snelheid van +40dB/dekade wees.Passiewe RC HPC Die passiewe RC-hoogdeurlaatfilterbaan kan in twee kombinasies ontwerp word, soos weerstand en kapasitor (passiewe RC HPF); weerstand en induktor (passiewe RL HPF) gebaseer op die toepassing. Die passiewe RC HPF word gebruik vir toepassings op klank- of laefrekwensiebereik. Die passiewe RL HPF-stroombane word gebruik vir toepassings op RF- of hoëfrekwensiebereik. Die grootste voordeel is dat daar geen eksterne kragtoevoer of versterkingskomponente nodig is nie.Die passiewe RC HPF is 'n eenvoudige RC HPF -stroombaan soos in die figuur hierbo getoon. Die kondensator en weerstand is in serie gekoppel waar die uitsetspanning oor die weerstand ontwikkel word. As gevolg van die reaktansie van die kapasitor, laat die filter slegs hoë frekwensies toe van 'n sein wat groter is as die afsnyfrekwensie en blokkeer die laer frekwensies van 'n sein onder die afsnyfrekwensie. Kenmerke Hierdie hoëpasfilter-eienskappe word verduidelik in terme van frekwensierespons en faseverskuiwing van 'n uitsetsignaal. van 'n sein wat laer is as die afsnyfrekwensie. Die ideale eienskappe van 'n HPF word hieronder getoon. Daar word na die pasband verwys as die HPF laat die hoër frekwensies toe wat groter is as die afsnyfrekwensie. Hierdie filter verswak die lae frekwensies, waarna verwys word as die stopband.Ideale kenmerke van hoëpasfilterfrekwensie -respons Die frekwensie van 'n uitsetsein is direk eweredig aan die versterking. Namate die frekwensie toeneem, neem die wins toe. Die frekwensierespons van 'n RC-hoogdeurlaatfilter hang af van die reaktansie van 'n kapasitor.Die kapasitor produseer die benodigde hoeveelheid reaktansie of hoë reaktansie om die lae frekwensies van 'n sein, dws onder die afsnyfrekwensie, te verswak. By 'n lae reaktansie van die kondensator laat die RC-hoogdoorlaatfilter die hoëfrekwensie-komponente van 'n sein toe, dws groter as die afsnyfrekwensie. Maar in werklikheid laat die RC-hoogdeurlaatfilter die lae frekwensies toe onder die afsnyfrekwensie. Die wins van die RC -hoogdeurlaatfilter word eenheid wanneer die reaktansie laag/nul is by hoë frekwensies. Die uitgangsspanning is dieselfde as die gegewe ingangsspanning. Om hoë frekwensies toe te laat en lae frekwensies te verwerp, neem die kapasitiewe reaktansie af met 'n toename in frekwensie, wat lei tot toenames in uitsetspanning en versterking. Die kapasitiewe reaktansie word gegee as, Xc = 1/2πfc Waar 'fc' = afsnyfrekwensie in Hz'Xc '= kapasitiewe reaktansie Die frekwensierespons en faseverskuiwingseienskappe van 'n RC-hoogdeurlaatfilter word hieronder getoon.RC HPF-eienskappe Uit die figuur kan ons sien dat die lae frekwensies geblokkeer/verwerp word en die uitsetspanning met +20dB/dekade verhoog wanneer die frekwensie by die afsnyfrekwensie is en R = Xc. Die RC -hoogdeurlaatfilter laat die hoë frekwensies toe (van afsnyfrekwensie tot oneindig) wanneer die uitgangsspanning 0.7071 of 70.71% van die insetspanning is, dws by -3dB in- en uitsetvlakke (deur 20 log Vout/Vin te bereken). Dit beteken dat die frekwensierespons van 'n HPF is: hoëfrekwensie-seine word toegelaat vanaf afsnyfrekwensie tot oneindig.Op die afsnyfrekwensie is die faseverskuiwing van die insetsein en die uitsetsignaal dieselfde, dws by 45 °. As die frekwensie van 'n sein groter is as die afsnyfrekwensie, is die fasehoek nul. Dit beteken dat die uitsetsein in fase is ten opsigte van die insetsein by hoë frekwensies. Die tyd wat dit neem om 'n kondensator op te laai en te ontlaai, word uitgedruk in die vorm van die tydkonstante, aangedui met 'τ'. Die tydkonstante van 'n RC-hoogdeurlaatfilter word gegee asτ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RC Die afsnyfrekwensie van 'n RC HPF word gegee as, fc = 1/2πRC Die faseverskuiwing van 'n RC HPF is gegee asΦ = tan-1 (1/2πfRC) Waar 'fc' = afsnyfrekwensie in Hz'f '= werkfrekwensie in Hz'R' = waarde van weerstand in ohm'C '= waarde van die kondensator in FaradsHigh Pass Filter met Op-Amp Die hoëpasfilter wat op-amp gebruik, is baie maklik om te ontwerp en te implementeer omdat dit beperkte nr. van elektroniese komponente en verwyder geraas en neurie. Die stroombaandiagram van die hoëpasfilter met behulp van op-amp word hieronder getoon. Die passiewe RC HPF is gekoppel aan die nie-omkeerbare versterker vir versterking en spanningversterkingsbeheer.High Pass Filter met Op-Amp Die uitset word beperk deur die ooplus-eienskappe van die op-amp. Die uitset van die RC HPF word toegepas op 'n op-amp vir die versterking en beheer van die spanningsversterking van die uitsetsignaal. /fc)/√ (1+ (f/fc) 2) Waar Av = spanningsversterking in dB = 1+R2/R1Af = deurlaatbandversterking fc = afsnyfrekwensie in Hzf = werksfrekwensie in Hz Wanneer f <fc (lae frekwensies) , dan Vout/Vin <AfWhen f = fc (by afsnyfrekwensie), dan Vout/Vin = Af/2 ^½ = 0.7071AfWhen f> fc (hoë frekwensies), dan Vout/Vin = Af Die bandbreedte van die geslote lus van die Op-amp bepaal die hoogste frekwensie van die HPF, met die konstante deurlaatbandsterkte Af. Die grootte van die spanningsversterking word gegee as Av (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Aktiewe hoëpasfilter As die RC-hoogdeurlaatfilter aan die aktiewe element gekoppel is, soos op-amp om die hoë frekwensies toe te laat en die lae frekwensies af te wys, word dit 'n aktiewe HPF genoem. Die frekwensierespons en faseverskuiwing van die aktiewe HPF is dieselfde as die RC HPF. Die doel van die aktiewe hoëpasfilter is om die spanningsversterking te beheer en die uitsetsignaal te versterk. Die stroombaandiagram van die aktiewe hoëpasfilter vir versterking word hieronder getoon.Aktiewe HPF vir versterking Die RC HPF-kring is gekoppel aan die nie-omkeerbare versterker. Die uitset en die afsnyfrekwensie van die passiewe hoëpasfilter word beheer deur die op-amp. Waar die bandwydte en versterkingskenmerke van op-amp die afsnyfrekwensie bepaal. Hierdie tipe filter dien as 'n banddeurlaatfilter. Die op-amp verhoog die amplitude van die uitsetsein en die uitgangsspanningsversterking van die deurlaatband word gegee as 1+R2/R1, wat dieselfde is as die laagdeurlaatfilter. beskou die passiewe RC HPF -stroombaan soos hierbo getoon. Vᵢ (s) H (s) = R/(R+(1/sC)) Bogenoemde vergelyking word, H (s) = sCR/(1+sCR) Deur s = jw in die vergelyking hierbo te vervang H (jω) = jωCR /(1+jωCR) Dan word die vergelyking Die grootte van die HPF -oordragfunksie word voorgestel as | H (jω) | = ωCR/√ (1+ (ωCR)^2) As ω = 0, dan is die HPF -oordragfunksie = 0If ω = 1/CR, dan die HPF -oordragfunksie = 0.707 As ω = oneindig, dan is die HPF -oordragfunksie = 1Daarom toon die bogenoemde oordragfunksie -eienskappe dat die passiewe RC -hoogdeurlaatfilter die hoë frekwensies van afsnyfrekwensie na i kan toelaat nfinity. dit wissel van 0 tot 1 as ω wissel van 0 tot oneindig.Butterworth HPFDie Butterworth -hoogdeurlaatfilter is een van die tipes HPF's wat 'n plat frekwensierespons in die pasband bied. As gevolg van sy plat frekwensierespons, sal daar geen rimpels wees nie. Dit staan ​​ook bekend as 'n plat-vlak filter, wat gebruik word in verskillende toepassings waar die geslote lus-wins van die pasband eenheid is. Die stroombaandiagram en frekwensierespons van die eerste-orde Butterworth-hoëpasfilter word hieronder getoon. Dit is baie maklik en eenvoudig om te ontwerp.Butterworth HPF Die wins neem toe met +20dB/dekade vir die eerste orde Butterworth HPF, terwyl dit vir die tweede orde Butterworth HPF +40dB/dekade sal wees.Butterworth HPF -eienskappe Toepassings Die toepassings van hoëpasfilters is luidsprekers vir die versterking van seine Beeldverwerking Gebruik vir die versterking van gelykstroom en vir wisselstroomkoppelingsbeheerstelsels en klankverwerkingstelsels. - definisie, kring, Butterworth HPF, HPF met Op-amp, en die toepassings daarvan. Hier is 'n vraag vir u: "Wat is die voor- en nadele van hoëpasfilters?"

Los 'n boodskap 

boodskap Lys