Пасивен високочестотен филтър

Преди обсъждахме пасивния нискочестотен филтър, сега е моментът да разгледаме прозрението на пасивния високочестотен филтър.

Подобно на преди, ако погледнете името, то показва „Пасивно“, „Високо“, „Преминаване“ и „Филтър“. И така, както подсказва името, това е филтър, който ще блокира ниските честоти, но ще предаде високата честота над предварително определената стойност, която ще се изчисли по формулата.

Той е „пасивен“, което означава никаква външна мощност, нито усилване на входния сигнал; ние ще направим схемата, използвайки „пасивни“ компоненти, които не изискват външен източник на енергия. Пасивните компоненти са същите като нискочестотния филтър, но редът на свързване ще бъде точно обърнат. Пасивните компоненти са резистор (R) и

кондензатор (C). Отново това е конфигурация на RC филтър.

Нека да видим какво ще се случи, ако изградим веригата и проверим отговора или „Bode Plot“…

Ето схемата на това изображение:

Това е RC филтър. Обикновено към тази серийна комбинация от неполяризиран кондензатор и резистор се подава входен сигнал. Това е филтър от първи ред, тъй като в схемата има само един реактивен компонент, който е кондензатор. Филтрираният изход ще бъде достъпен през резистор. Комбинацията от този дует е точно противоположна на нискочестотния филтър. Ако сравним веригата с нискочестотния филтър, ще видим, че положението на резистора и кондензатора е взаимозаменяемо.

Как работи високочестотният филтър?

При ниски честоти реактивното съпротивление на кондензатора ще бъде много голямо, че ще действа като отворена верига и ще блокира входния сигнал под пределната честотна точка (fc). Но когато точката на прекъсване на честотата достигне съпротивлението на кондензатора ще започне да намалява и ще позволи на сигнала да премине директно. Ще видим това подробно в кривата на честотната характеристика.

Ето кривата как изглежда еднакво на изхода на кондензатора: -

Честотен обхват и честота на прекъсване

Това е кривата на честотната характеристика на тази верига за високочестотен филтър от първи ред.

f c Честотата на прекъсване на филтъра. В точка -3dB на сигнала се разрешава да премине. Това -3dB също означава граничната честота. От 10Hz до граничната честота на сигнала не е позволено да преминава, тъй като честотата е Ниска честота, в този момент това е частта от спирката, където сигналът няма право да преминава от филтъра, но над граничната честота след -3dB частта се извиква като позиция на честотната лента, където се разрешава преминаването на сигнала. Наклонът на кривата е + 20dB на десетилетие. Точно обратното на нискочестотния филтър.

Формулата за изчисляване на печалбата е същата, каквато използвахме в предишния урок за пасивен нискочестотен филтър.

Коефициент на усилване (dB) = 20 log (Vout / Vin)

След сигнала за изключване отговорите на веригата постепенно се увеличават до Vin от 0 и това нарастване се случва със скорост от + 20dB / Decade. Ако изчислим увеличението на октава, това ще бъде 6dB.

Тази крива на честотния отговор е Bode Plot за високочестотен филтър. Избирайки подходящ кондензатор и подходящ резистор, бихме могли да спрем ниските честоти, да ограничим сигнала, преминаващ през веригата на филтъра, без да влияем на сигнала, тъй като няма активен отговор.

В горното изображение има дума Bandwidth. Това означава след каква честота сигналът ще позволи да премине. Така че, ако това е 600 Khz високочестотен филтър, тогава честотната лента ще бъде от 600Khz до Infinity. Тъй като ще позволи да се предадат всички сигнали над граничната честота.

При граничната честота ще получим -3dB печалба. В този момент, ако сравним амплитудата на изходния сигнал с входния сигнал, ще видим, че амплитудата на изходния сигнал би била 70,7% от входния сигнал. Също така при -3dB спечелете капацитивното съпротивление и съпротивление ще бъдат равни. R = Xc.

Каква е формулата на граничната честота?

Формулата на граничната честота е точно същата като тази на нискочестотния филтър.

f c = 1 / 2πRC

И така, R е съпротивление, а C е капацитет. Ако поставим стойността, ще знаем граничната честота.

Изчисляване на изходното напрежение

Нека видим първото изображение, схемата, където 1 резистор и един кондензатор се използват за образуване на високочестотен филтър или RC верига.

Когато DC сигналът се прилага през веригата, това е съпротивление на веригата, което създава спад при протичане на ток. Но в случай на променлив сигнал не съпротивлението, а импедансът е отговорен за спада на напрежението, което също се измерва в ома.

В RC веригата има две съпротивителни неща. Едното е съпротивление, а другото е капацитивното съпротивление на кондензатора. И така, първо трябва да измерим капацитивното съпротивление на кондензатора, тъй като ще е необходимо за изчисляване на импеданса на веригата.

Първата съпротивителна опозиция е капацитивна реактивност, формулата е:

Xc = 1 / 2πfC

Изходът на формулата ще бъде в ома, тъй като ома е единицата за капацитивно реактивно съпротивление, тъй като е опозиция, означава съпротивление.

Втората опозиция е самият резистор. Стойността на резистора също е съпротивление.

Така че, комбинирайки това две противопоставяне, ще получим общото съпротивление, което е импеданс в RC (AC входен сигнал) верига.

Импедансът означава Z

Формулата е: -

Както беше обсъдено по-горе при ниска честота, реактивното съпротивление на кондензатора е твърде високо, за да действа като отворена верига, реактивното съпротивление на кондензатора е Infinity при ниска честота, така че блокира сигнала. По това време изходното усилване е 0 и поради блока изходното напрежение остава 0, докато се достигне граничната честота.

Но при висока честота ще се случи обратното, съпротивлението на кондензатора е твърде ниско, за да действа като късо съединение, съпротивлението на кондензатора е 0 при висока честота, така че преминава сигнала. Коефициентът на усилване на изхода е 1 по това време, т.е. ситуацията на усилване на единството и поради единично усилване изходното напрежение е същото като входното напрежение след достигане на граничната честота.

Пример с изчисление

Както вече знаем какво всъщност се случва във веригата и как да разберем стойността. Нека изберем практически ценности.

Нека вземем най-често срещаната стойност в резистор и кондензатор, 330k и 100pF. Избрахме стойността, тъй като тя е широко достъпна и е по-лесно да се изчисли.

Нека да видим каква ще бъде граничната честота и какво ще бъде изходното напрежение.

Прекъснатата честота ще бъде: -

Чрез решаването на това уравнение граничната честота е 4825Hz или 4.825Khz.

Нека да видим дали е вярно или не…

Това е схемата на примера.

Тъй като честотната характеристика, описана преди, че при граничната честота, dB ще бъде

-3dB, независимо от честотите. Ще търсим -3dB при изходния сигнал и ще видим дали е 4825Hz (4.825Khz) или не.

Ето честотната характеристика: -

Нека зададем курсора на -3dB и ще видим резултата.

Както можем да видим Честотната характеристика (Наричана още като Bode Plot), ние задаваме курсора на -3.03dB и получаваме честотна лента от 4.814KHz.

Фазово изместване

Фазовият ъгъл означава, че φ (Phi) ще бъде на изхода е +45

Това е фазовото изместване на веригата, използвано като практически пример.

Нека да разберем стойността на фазовото изместване при гранична честота: -

Поставяме курсора на +45

Това е филтър за високи честоти от втори ред. КАПАЦИТОР и РЕЗИСТОР е първият ред, а КАПАЦИТОР1 и РЕЗИСТОР1 е втори ред. Каскадно заедно те образуват високочестотен филтър от втори ред.

Филтърът от втори ред има роля на наклон от 2 x + 20dB / десетилетие или + 40dB (12dB / октава).

Ето кривата на отговор: -

Наклонът е + 20dB / Decade и червеният на крайния изход, който има наклон + 40dB / Decade.

Това ще изчисли граничната честота на високочестотната верига от втори ред.

Точно както при нискочестотния филтър, не е толкова добре да се каскадират два пасивни високочестотни филтъра, тъй като динамичният импеданс на всеки ред на филтъра влияе върху друга мрежа в същата схема.

Приложения

Нискочестотният филтър е широко използвана схема в електрониката.

Ето няколко приложения: -

1. Аудио приемник и еквалайзер
2. Система за управление на музиката и честотна модулация на високите честоти.
3. Генератор на функции
4. Катодно-лъчева телевизия и осцилоскоп.
5. Генератор на квадратни вълни от триъгълна вълна.
6. Генератори на импулси.
7. Генератори на рампа към стъпка.