High Pass Filter nədir: İşləmə və tətbiqləri

Filtrlər, müəyyən bir tezlik komponentlərinə imkan verən və giriş siqnalının istenmeyen tezlik komponentlərini zəiflədən elektron sxemlərdir. Siqnalın müəyyən bir tezlik aralığını təmin etmək üçün müxtəlif elektron tətbiqlərdə mövcuddur. Filtrlər, dizayn və istismarda istifadə olunan komponentlərin növünə görə iki növə bölünür. Bunlar passiv və aktiv filtrlərdir. Tezlik aralığından asılı olaraq filtrlər 4 növə bölünür. Aşağı keçid filtrləri, yüksək keçid filtrləri, bant keçid filtrləri və bant dayanma filtrləridir. Bu məqalədə həm aktiv, həm də passiv filtr kimi istifadə edilə bilən Yüksək Süzgəc Filtri təsvir edilir. Yüksək Süzgəc nədir? Süzgəc bir siqnalın yüksək tezlikli komponentlərinə icazə vermək qabiliyyətinə malikdir və bütün aşağı tezlikli komponentləri zəiflədir. siqnal, High Pass Filter olaraq bilinir. Yüksək tezlikli komponentlərə kəsilmə tezliyindən daha çox icazə verə bilər və siqnalın bütün digər arzuolunmaz tezlik komponentlərini rədd edir. Bu tip filtrlər müxtəlif RF sxemlərində və siqnal emal sistemlərində olur. Praktikada bu filtr, kəsilmə tezliyindən aşağı olan bir siqnalın daha aşağı tezliklərinə imkan verəcək. Yüksək Geçiş Filtri Dövrü Bu dövrə, aşağı keçid filtri dövrəsi ilə eynidır, ancaq komponentlərin müqavimətçisi və kondansatörü aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi dəyişdirilir.Yüksək Süzgəc Dövrü İki passiv element müqavimət və kondansatör bir siqnalın kəsmə tezliyindən daha yüksək tezliklərə icazə vermək üçün ardıcıl birləşmə ilə bağlanır. Siqnalın çıxış gərginliyi kondansatör üzərində giriş gərginliyi tətbiq olunmaqla rezistor boyunca əldə edilir. Bu tip filtr, birinci dərəcəli yüksək keçidli filtr dövrəsi altında gəlir. İkinci dərəcəli HPF, ardıcıl olaraq iki RC yüksək keçid filtr dövrəsinin kaskadından başqa bir şey deyil. İkinci dərəcəli HPF-də keçid zolağının artımı +40dB/on illik nisbətdə olacaq. Passiv RC HPCT passiv RC yüksək ötürücü filtr dövrəsi rezistor və kondansatör (passiv RC HPF) kimi iki kombinasiyada dizayn edilə bilər; tətbiqə əsaslanan müqavimət və induktor (passiv RL HPF). Passiv RC HPF, səs və ya aşağı tezlikli diapazonlarda tətbiq üçün istifadə olunur. Passiv RL HPF sxemləri, RF və ya yüksək tezlik aralığında tətbiq etmək üçün istifadə olunur. Yüksək ötürücü filtr dövrəsinə rezistor və kondansatör kimi passiv elementlərin istifadəsi səbəbindən passiv RC yüksək keçid filtri də deyilir. Əsas üstünlük, hər hansı bir xarici enerji təchizatı və ya hər hansı bir gücləndirici komponent tətbiq etməyə ehtiyac yoxdur, passiv RC HPF, yuxarıdakı şəkildə göstərildiyi kimi sadə bir RC HPF dövrəsidir. Kondansatör və müqavimət, çıxış gərginliyinin müqavimət üzərində inkişaf etdiyi bir yerə bağlanır. Kondansatörün reaktivliyi səbəbindən filtr yalnız kəsmə tezliyindən daha yüksək olan bir siqnalın yüksək tezliklərinə icazə verir və kəsilmə tezliyindən aşağı olan bir siqnalın aşağı tezliklərini bloklayır. Bu yüksək keçid filtri xüsusiyyətləri tezlik reaksiyası və bir çıxış siqnalının faza dəyişməsi ilə izah olunur. İdeal Xüsusiyyətlər HPF-nin əsas xüsusiyyəti, bütün yüksək tezlikli komponentlərin kəsmə tezliyindən daha böyük olmasına imkan verir və bütün aşağı tezlikləri zəiflədir. kəsilmə tezliyindən aşağı olan bir siqnal. Bir HPF -nin ideal xüsusiyyətləri aşağıda göstərilmişdir. Keçid zolağına HPF deyilir ki, kəsmə tezliyindən daha yüksək olan yüksək tezliklərə icazə verir. Bu filtr, stopband olaraq adlandırılan aşağı tezlikləri zəiflədir.Yüksək Keçid Filtrinin İdeal Xüsusiyyətləri Tezlik Cavabı Çıxış siqnalının tezliyi qazancla birbaşa mütənasibdir. Tezlik artdıqca qazanc da artır. RC yüksək keçid filtrinin tezlik reaksiyası bir kondansatörün reaktivliyindən asılıdır.Kondansatör, siqnalın aşağı tezliklərini, yəni kəsilmə tezliyindən aşağı salmaq üçün lazım olan miqdarda reaktans və ya yüksək reaktivlik istehsal edir. Kondansatörün aşağı reaktivliyində RC yüksək keçid filtri bir siqnalın yüksək tezlikli komponentlərinə, yəni kəsilmə tezliyindən daha böyük imkan verir. Ancaq praktik olaraq, RC yüksək keçid filtri, aşağı tezliklərin kəsmə tezliyindən aşağı olmasına imkan verir. Yüksək tezliklərdə reaksiya aşağı/sıfır olduqda RC yüksək keçid filtrinin qazancı birlik olur. Yəni çıxış gərginliyi verilən giriş gərginliyi ilə eynidir. Yüksək tezliklərə icazə vermək və aşağı tezlikləri rədd etmək üçün, tezliyin artması ilə kapasitiv reaktivlik azalır və bu da çıxış gərginliyinin və qazancın artması ilə nəticələnir. Kapasitiv reaktivlik, Xc = 1/2πfc olaraq verilir Burada 'fc' = Hz'Xc-də kəsmə tezliyi = kapasitiv reaktivlik RC yüksək keçid filtrinin tezlik reaksiyası və faza dəyişmə xüsusiyyətləri aşağıda göstərilmişdir.RC HPF Xüsusiyyətləri Şəkildən aşağı tezliklərin bloklandığını/rədd edildiyini və tezliyin kəsilmə tezliyində və R = Xc olduğunda çıxış gərginliyini +20dB/on il artırdığını müşahidə edə bilərik. RC yüksək keçid filtri, çıxış gərginliyi 0.7071 və ya giriş gərginliyinin 70.71% -ni, yəni -3dB giriş və çıxış səviyyələrində (20 log Vout/Vin hesablayaraq) yüksək tezliklərə (kəsmə tezliyindən sonsuzluğa) imkan verir. Bu, bir HPF-nin tezlik reaksiyasının yüksək frekanslı siqnalların son həddindən sonsuzluğa qədər icazə verilməsi deməkdir. Kesim tezliyində, giriş siqnalı və çıxış siqnalının faza dəyişməsi eynidir, yəni 45 ° -də. Siqnalın tezliyi kəsmə tezliyindən böyük olduqda, faz bucağı sıfırdır. Bu o deməkdir ki, çıxış siqnalı yüksək tezliklərdə giriş siqnalına nisbətən fazadadır. Bir kondansatörün doldurulmasına və boşalmasına sərf olunan vaxt 'τ' ilə işarələnən zaman sabiti şəklində ifadə edilir. RC yüksək keçid filtrinin zaman sabitliyi τ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RCT olaraq verilir RC HPF-nin kəsmə tezliyi, fc = 1/2πRCT RC HPF-nin faza dəyişməsi kimi verilir = = tan-1 (1/2πfRC) Burada 'fc' = Hz'f-də kəsmə tezliyi 'Hz'R-də işləmə tezliyi' ohmsda müqavimətin dəyəri 'C' = Farads-dəki kondansatörün dəyəri Op-Amp istifadə edərək süzgəc Op-amp istifadə edən yüksək keçid filtrinin dizaynı və tətbiqi çox asandır, çünki məhdud sayda istifadə edir. elektron komponentlərdən ibarətdir və səs -küyü və səs -küyü aradan qaldırır. Op-amp istifadə edən yüksək keçid filtrinin dövrə diaqramı aşağıda göstərilmişdir. Passiv RC HPF, gücləndirmə və gərginlik artımını idarə etmək üçün ters çevrilməyən op-ampə qoşulur.Op-Amp istifadə edərək yüksək keçid filtri Çıxış op-ampin açıq döngə xüsusiyyətləri ilə məhdudlaşır. RC HPF-nin çıxışı, çıxış siqnalının gərginlik artımının gücləndirilməsi və idarə edilməsi üçün bir op-ampə tətbiq olunur. Op-amp istifadə edərək yüksək ötürmə filtrinin gərginlik artımı Aᵥ = Vout/Vin = Af (f) /fc)/√ (1+ (f/fc) 2) Burada Av = dB-də gərginlik artımı = 1+R2/R1Af = ötürmə zolağı mənfc = Hzf-də kəsmə tezliyi = Hz-də işləmə tezliyi f <fc (aşağı tezliklər) , sonra Vout/Vin <AfWhen f = fc (kəsilmə tezliyində), sonra Vout/Vin = Af/2 ^½ = 0.7071AfWhen f> fc (yüksək tezliklər), sonra Vout/Vin = Af Bağlı döngü bant genişliyi Op-amp, sabit ötürmə zəngi qazancına malik olan HPF-nin ən yüksək tezliyini təyin edir. Gərginlik artımının böyüklüyüAv (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin) ) Aktiv Yüksək Süzgəc Filtri Yüksək ötürmə filtri yüksək tezliklərə icazə vermək üçün op-amp kimi aktiv elementə bağlıdırsa və aşağı tezlikləri rədd edirsə, buna aktiv HPF deyilir. Aktiv HPF -nin tezlik reaksiyası və faza dəyişməsi RC HPF ilə eynidir. Aktiv yüksək keçid filtrinin məqsədi gərginlik artımını idarə etmək və çıxış siqnalını gücləndirməkdir. Gücləndirmə üçün aktiv yüksək keçid filtrinin dövrə diaqramı aşağıda göstərilmişdir.Gücləndirmə üçün Aktiv HPF RC HPF dövrəsi ters çevrilməyən op-ampə qoşulur. Passiv yüksək keçid filtrinin çıxışı və kəsmə tezliyi op-amp tərəfindən idarə olunur. Op-ampin bant genişliyi və qazanc xüsusiyyətləri kəsilmə tezliyini təyin edir. Bu tip filtr, bir keçid filtri rolunu oynayır. Op-amp, çıxış siqnalının amplitüdünü artırır və keçid zolağının çıxış gərginliyi qazancı 1+R2/R1 olaraq verilir, bu da aşağı keçid filtri ilə eynidir. yuxarıda göstərildiyi kimi passiv bir RC HPF dövrəsini nəzərdən keçirin.Yuxarıdakı dövrədən Vo = müqavimətdəki çıxış gərginliyiVi = kondansatör üzərində tətbiq olunan giriş gərginliyi Laplas Transformunu həm giriş, həm də çıxış tərəfində alaraq H (s) = Vₒ (s)/ Vᵢ (s) H (s) = R/(R+(1/sC)) Yuxarıdakı tənlik olur, H (s) = sCR/(1+sCR) S = jw -i yuxarıdakı tənlikdə əvəz edərək H (jω) = jωCR /(1+jωCR) Daha sonra tənlik olur ω = 1/CR, sonra HPF ötürmə funksiyası = 2 Əgər ω = sonsuzluq, onda HPF ötürmə funksiyası = 0Bu səbəbdən yuxarıdakı transfer funksiyası xüsusiyyətləri passiv RC yüksək ötürmə filtrinin yüksək tezliklərin kəsilmə tezliyindən i -ə keçə biləcəyini göstərir. sonsuzluq Butterworth HPF Butterworth yüksək keçid filtri, keçid zolağında düz tezlik reaksiyası təmin edən HPF tiplərindən biridir. Düz tezlik reaksiyasına görə dalğalanmalar olmayacaq. Keçid zolağının qapalı döngə qazancının vəhdət olduğu müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunan düz düz bir filtr olaraq da bilinir. Birinci dərəcəli Butterworth yüksək keçid filtrinin dövrə diaqramı və tezlik cavabı aşağıda göstərilmişdir. Bunlar çox asandır və dizaynı sadədir.Butterworth HPF Birinci dərəcəli Butterworth HPF üçün qazanc +20dB/on illik artımla, ikinci dərəcəli Butterworth HPF üçün isə +40dB/onillikdə olacaq.Butterworth HPF Xüsusiyyətləri Tətbiqlər Yüksək keçid filtrlərinin tətbiqləri Siqnalları gücləndirmək üçün Dinamiklərdir Şəkillərin işlənməsi DC cərəyanının gücləndirilməsində və AC birləşməsində istifadə olunur Nəzarət sistemləri və səs işləmə sistemləri Telefonlarda DSL ayırıcılar RF tətbiqləri Beləliklə, bunlar hamısı yüksək keçid filtrinə (həm aktiv, həm də passiv tipli) ümumi bir baxışdır. - tərif, dövrə, Butterworth HPF, Op-amp istifadə edən HPF və tətbiqləri. Budur sizin üçün bir sual: "Yüksək keçid filtrlərinin üstünlükləri və dezavantajları nələrdir?"

Mesaj yaz 

Message siyahısı