Passivt högpassfilter

Tidigare diskuterade vi passivt lågpassfilter, nu är det dags att se insikter om passivt högpassfilter.

Samma som tidigare, om du tittar på namnet visar det "Passiv", "Hög", "Godkänd" och "Filter". Så som namnet antyder är det ett filter som blockerar låga frekvenser, men passerar högfrekvensen över det förutbestämda värdet, vilket kommer att beräknas med formeln.

Det är ”passivt” vilket betyder ingen extern effekt, ingen förstärkning av insignalen; vi kommer att göra kretsen med "passiva" komponenter som inte kräver någon extern strömkälla. De passiva komponenterna är desamma som lågpassfilter men anslutningsordningen kommer att omvändas exakt. De passiva komponenterna är Motstånd (R) och

Kondensator (C). Återigen är det en RC-filterkonfiguration.

Låt oss se vad som händer om vi konstruerar kretsen och kontrollerar svaret eller "Bode Plot"…

Här är kretsen i den här bilden:

Detta är ett RC-filter. Generellt matas en insignal till denna seriekombination av icke-polariserad kondensator och motstånd. Det är ett första ordens filter eftersom det bara finns en reaktiv komponent i kretsarna som är kondensator. Den filtrerade utgången kommer att finnas tillgänglig över motståndet. Kombinationen av denna duo är precis motsatsen till lågpassfilter. Om vi jämför kretsen med lågpassfiltret ser vi att läget för motstånd och kondensator byts ut.

Hur fungerar högpassfilter?

Vid låga frekvenser kommer kondensatorns reaktans att vara mycket stor att den fungerar som en öppen krets och blockerar insignalen under avgränsningsfrekvenspunkten (fc). Men när gränsfrekvenspunkten nådde kondensatorns reaktans börjar minska och låta signalen passera direkt. Vi kommer att se detta i detalj i frekvensresponskurvan.

Här är kurvan hur den ser ut på kondensatorns utgång: -

Frekvensrespons och avstängningsfrekvens

Detta är frekvenskurvan för den första ordningens högpassfilterkrets.

f c Är filterens avstängningsfrekvens. Vid -3dB- punkten får signalen passera. Denna -3dB betecknar också gränsfrekvensen. Från 10Hz till avstängningsfrekvensen tillåts inte signalen att passera eftersom frekvensen är lågfrekvens, vid denna punkt är det stoppbandets del där signalen inte får passera från filtret utan över avstängningsfrekvensen -3dB kallas delen som passbandposition där signalen får passera. Lutningen på kurvan är + 20dB per årtionde. Precis mittemot lågpassfiltret.

Formeln för Beräkning av förstärkning är densamma som vi använde i vår tidigare handledning i passivt lågpassfilter.

Förstärkning (dB) = 20 log (Vout / Vin)

Efter avstängningssignalen ökar kretsens reaktioner gradvis till Vin från 0 och denna ökning sker med en hastighet av + 20dB / decennium. Om vi beräknar ökningen per oktav blir den 6dB.

Denna frekvensresponskurva är Bode Plot för högpassfilter. Genom att välja rätt kondensator och korrekt motstånd kan vi stoppa låga frekvenser, begränsa signalen som passerar genom filterkretsarna utan att påverka signalen eftersom det inte finns något aktivt svar.

I bilden ovan finns ett ord bandbredd. Det betyder efter vilken frekvens signalen tillåter att passera. Så om det är ett 600 kHz högpassfilter kommer bandbredden att vara från 600 kHz till oändlighet. Eftersom det gör det möjligt att skicka alla signaler över gränsfrekvensen.

Vid avskärningsfrekvensen får vi -3 dB förstärkning. Vid den punkten om vi jämför utgångssignalamplituden med insignalen kommer vi att se att utsignalens amplitud skulle vara 70,7% av insignalen. Även i -3dB förstärkning skulle den kapacitiva reaktansen och motståndet vara lika. R = Xc.

Vad är formeln för Cut-off Frequency?

Formeln för avskärningsfrekvens är exakt densamma som för lågpassfilter.

f c = 1 / 2πRC

Så R är motstånd och C är kapacitans. Om vi sätter värdet kommer vi att känna till gränsfrekvensen.

Beräkning av utspänning

Låt oss se den första bilden, kretsarna där 1 motstånd och en kondensator används för att bilda ett högpassfilter eller RC-krets.

När likströmssignal appliceras över kretsen är det kretsens motstånd som skapar fall när strömmen flyter. Men i händelse av en växelströmssignal är det inte motstånd men impedansen är ansvarig för spänningsfallet, vilket också mäts i ohm.

I RC-kretsen finns det två resistiva saker. Den ena är motstånd och den andra är kondensatorns kapacitiva reaktans. Så vi måste mäta kondensatorns kapacitiva reaktans först eftersom den behövs för att beräkna kretsens impedans.

Första resistiva motståndet är kapacitiv reaktans, formeln är: -

Xc = 1 / 2πfC

Utgången med formeln kommer att vara i Ohms, eftersom Ohms är enheten för kapacitiv reaktans eftersom det är ett motstånd betyder motstånd.

Den andra oppositionen är motståndet i sig. Motståndets värde är också ett motstånd.

Så genom att kombinera dessa två motstånd får vi det totala motståndet, vilket är impedans i RC (AC-signalingång) krets.

Impedans betecknar som Z

Formeln är: -

Som diskuterats tidigare i lågfrekvensen är kondensatorns reaktans för hög för att den fungerar som en öppen krets, kondensatorns reaktans är oändlighet vid låg frekvens så att den blockerar signalen. Utgångsförstärkningen är 0 vid den tiden, och på grund av blocket förblir utspänningen 0 tills avstängningsfrekvensen uppnås.

Men i hög frekvens kommer det motsatta att hända kondensatorns reaktans är för låg för att den fungerar som en kortslutning, kondensatorns reaktans är 0 vid hög frekvens så att den passerar signalen. Utgångsförstärkning är 1 vid den tiden, det vill säga enhetsförstärkningssituation och på grund av enhetsförstärkning är utspänningen densamma som ingångsspänningen efter att avstängningsfrekvensen har uppnåtts.

Exempel med beräkning

Som vi redan vet vad som faktiskt händer i kretsen och hur man tar reda på värdet. Låt oss välja praktiska värden.

Låt oss hämta det vanligaste värdet i motstånd och kondensator, 330k och 100pF. Vi valde värdet eftersom det är allmänt tillgängligt och det är lättare att beräkna.

Låt oss se vad som kommer att vara avstängningsfrekvensen och vad som kommer att vara utspänningen.

Klippfrekvensen blir: -

Genom att lösa denna ekvation är avstängningsfrekvensen 4825Hz eller 4,825Khz.

Låt oss se om det är sant eller inte…

Detta är kretsen i exemplet.

Som frekvenssvaret som beskrivits tidigare att vid avstängningsfrekvensen kommer dB att vara

-3dB, oavsett frekvenser. Vi söker -3dB vid utsignalen och ser om det är 4825Hz (4.825Khz) eller inte.

Här är frekvenssvaret: -

Låt oss ställa in markören på -3dB och se resultatet.

Som vi kan se frekvenssvaret (kallas även Bode Plot) ställer vi in markören på -3,03 dB och får 4,814 kHz bandbreddsfrekvens.

Fasförskjutning

Fasvinkel betecknar som φ (Phi) kommer att vara vid utgången är +45

Detta är kretsens fasförskjutning, som används som praktiskt exempel.

Låt oss ta reda på fasförskjutningsvärdet vid avstängningsfrekvensen: -

Vi sätter markören på +45

Detta är en andra ordningens högpassfilter. KAPACITOR och RESISTOR är första ordningen och CAPACITOR1 och RESISTOR1 är andra ordning. Cascading tillsammans bildar de ett andra ordens högpassfilter.

Andra ordningens filter har en lutningsroll på 2 x + 20 dB / decennium eller + 40 dB (12 dB / oktav).

Här är svarskurvan: -

Lutningen är + 20dB / decennium och den röda vid slututgången som har en lutning på + 40dB / decade.

Detta beräknar avskärningsfrekvensen för andra ordningens högpasskrets.

Precis som med lågpassfilter är det inte så bra att kaskadera två passiva högpassfilter eftersom dynamisk impedans för varje filterordning påverkar andra nätverk i samma kretsar.

Applikationer

Lågpassfilter används ofta i elektronik.

Här är några applikationer: -

Ljudmottagare och Equalizer
Musikstyrningssystem och diskantmodulering.
Funktionsgenerator
Cathode Ray TV och Oscilloskop.
Square Wave Generator från Triangular wave.
Pulsgeneratorer.
Ramp to Step Generators.