Què és el filtre de pas alt: funcionament i les seves aplicacions

Els filtres són els circuits electrònics que permeten components de freqüència particulars i atenuen els components de freqüència no desitjats d'un senyal d'entrada. Aquests es troben en diverses aplicacions electròniques per permetre un rang particular de freqüències d'un senyal. Bàsicament, els filtres es divideixen en dos tipus segons el tipus de components utilitzats en el disseny i el funcionament. Són filtres passius i filtres actius. Depenent del rang de freqüències, els filtres es classifiquen en 4 tipus. Són filtres de pas baix, filtres de pas alt, filtres de pas de banda i filtres de parada de banda. Aquest article descriu el filtre de pas alt, que es pot utilitzar tant com a filtre actiu com com a filtre passiu. Què és un filtre de pas alt? El filtre té la capacitat de permetre components d'alta freqüència d'un senyal i atenua tots els components de baixa freqüència d'un senyal. senyal, es coneix com a filtre de pas alt. Pot permetre els components d'alta freqüència superiors a la freqüència de tall i rebutjar tots els altres components de freqüència no desitjats d'un senyal. Aquests tipus de filtres es troben en diversos circuits de RF i sistemes de processament de senyal. A la pràctica, aquest filtre permetrà freqüències més baixes d’un senyal, inferior a la freqüència de tall. Circuit de filtre de pas alt. Aquest circuit és el mateix que el d'un circuit de filtre de pas baix, excepte que els components de la resistència i el condensador s'intercanvien com es mostra a la figura següent.Circuit de filtre de pas elevat: La resistència i el condensador de dos elements passius es connecten en combinació de sèrie per permetre les freqüències superiors a la freqüència de tall d’un senyal. La tensió de sortida d'un senyal s'obté a través de la resistència aplicant una tensió d'entrada a través del condensador. Aquest tipus de filtre es troba sota el circuit de filtre de pas alt de primer ordre. L'HPF de segon ordre no és més que una cascada de dos circuits de filtre de pas alt RC en sèrie. L’increment del guany de la banda passant a l’HPF de segon ordre serà a un ritme de + 40dB / dècada. RC HP passiu El circuit de filtre de passiu RC passiu es pot dissenyar en dues combinacions com la resistència i el condensador (RC HPF passiu); resistència i inductor (passiu RL HPF) segons l'aplicació. El RC HPF passiu s'utilitza per a aplicacions a rangs d'àudio o de baixa freqüència. Els circuits passius RL HPF s'utilitzen per a aplicacions en rangs de RF o d'alta freqüència. El circuit de filtre de pas alt també s'anomena filtre de pas alt RC passiu a causa de l'ús d'elements passius com una resistència i un condensador. El principal avantatge és que no cal aplicar cap font d'alimentació externa ni cap components d'amplificació. El RC HPF passiu és un circuit RC HPF simple, tal com es mostra a la figura anterior. El condensador i la resistència estan connectats en sèrie on la tensió de sortida es desenvolupa a través de la resistència. A causa de la reactància del condensador, el filtre només permet freqüències altes d’un senyal superior a la freqüència de tall i bloqueja les freqüències més baixes d’un senyal per sota de la freqüència de tall. Característiques Aquestes característiques del filtre de pas alt s’expliquen en termes de resposta de freqüència i desplaçament de fase d’un senyal de sortida. Característiques ideals La característica principal d’un HPF és que permet tots els components d’alta freqüència superiors a la freqüència de tall i atenua totes les freqüències baixes. d'un senyal, que són inferiors a la freqüència de tall. Les característiques ideals d’un HPF es mostren a continuació. La banda de pas s'anomena HPF que permet les freqüències més altes que són superiors a la freqüència de tall. Aquest filtre atenua les freqüències baixes, que es coneix com a banda de parada.Característiques ideals del filtre de pas alt Resposta de freqüència La freqüència d’un senyal de sortida és directament proporcional al guany. A mesura que augmenta la freqüència, augmenta el guany. La resposta en freqüència d’un filtre de pas alt RC depèn de la reactància d’un condensador. El condensador produeix la quantitat necessària de reactància o reactància alta per atenuar les freqüències baixes d’un senyal, és a dir, per sota de la freqüència de tall. A baixa reactància del condensador, el filtre de pas alt RC permet els components d'alta freqüència d'un senyal, és a dir, més gran que la freqüència de tall. Però, pràcticament, el filtre de pas alt RC permet les freqüències baixes per sota de la seva freqüència de tall. El guany del filtre de pas alt RC es converteix en unitat quan la reactància és baixa / zero a freqüències altes. És a dir, el voltatge de sortida és el mateix que el voltatge d’entrada donat. Per permetre les freqüències altes i rebutjar les freqüències baixes, la reactància capacitiva disminueix amb un augment de la freqüència, el que resulta en augments de la tensió de sortida i el guany. La reactància capacitiva es dóna com, Xc = 1 / 2πfc On "fc" = freqüència de tall en Hz "Xc" = reactància capacitiva Les característiques de resposta de freqüència i de canvi de fase d'un filtre de pas alt RC es mostren a continuació.Característiques de RC HPF A partir de la figura, podem observar que les freqüències baixes es bloquegen/rebutgen i augmenten la tensió de sortida en +20dB/dècada quan la freqüència es troba a la freqüència de tall i R=Xc. El filtre de pas alt RC permet les freqüències altes (des de la freqüència de tall fins a l'infinit) quan la tensió de sortida és de 0.7071 o 70.71% de la seva tensió d'entrada, és a dir, a nivells d'entrada i sortida de -3dB (calculant 20 log Vout/Vin). Això vol dir que la resposta de freqüència d'un HPF és que els senyals d'alta freqüència es permeten des de la freqüència de tall fins a l'infinit. A la freqüència de tall, el canvi de fase del senyal d'entrada i el senyal de sortida són els mateixos, és a dir, a 45°. Quan la freqüència d'un senyal és superior a la freqüència de tall, l'angle de fase és zero. Això vol dir que el senyal de sortida està en fase respecte al senyal d'entrada a freqüències altes. El temps que triga a carregar i descarregar un condensador s'expressa en la forma de la constant de temps, denotada per 'τ'. La constant de temps d'un filtre de pas alt RC es dóna com a τ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RCLa freqüència de tall d'un RC HPF es dóna com,fc= 1/2πRCEl desplaçament de fase d'un RC HPF és donat com aΦ=tan-1 (1/2πfRC) On 'fc' = freqüència de tall en Hz'f' = freqüència de funcionament en Hz'R' = valor de la resistència en ohms'C'= valor del condensador en Farads High Pass Filtre mitjançant Op-Amp El filtre de pas alt que utilitza amplificador op és molt fàcil de dissenyar i implementar perquè utilitza un número limitat. de components electrònics i elimina el soroll i el brunzit. A continuació es mostra el diagrama de circuits del filtre de pas alt amb amplificador operatiu. El RC HPF passiu està connectat a l'amplificador operatiu no inversor per a l'amplificació i el control del guany de tensió.Filtre de pas alt mitjançant Op-Amp La sortida està limitada per les característiques de bucle obert de l’amplificador operatiu. La sortida del RC HPF s'aplica a un amplificador operacional per a l'amplificació i el control del guany de tensió del senyal de sortida. / fc) / √ (1+ (f / fc) 2) On Av = guany de tensió en dB = 1 + R2 / R1Af = guany de banda passada fc = freqüència de tall en Hzf = freqüència de funcionament en Hz Quan f <fc (freqüències baixes) , després Vout / Vin <Af Quan f = fc (a la freqüència de tall), llavors Vout / Vin = Af / 2 ^ ½ = 0.7071 Si si f> fc (freqüències altes), llavors Vout / Vin = Af L’ample de banda de bucle tancat de l'amplificador Op determina la freqüència més alta del HPF, que té el guany de banda de pas constant Af. La magnitud del guany de tensió es dóna com a Av (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Filtre de pas alt actiu Si el filtre de pas alt RC està connectat a l’element actiu com un amplificador operatiu per permetre les freqüències altes i rebutja les freqüències baixes, s’anomena HPF actiu. La resposta de freqüència i el desplaçament de fase del HPF actiu són els mateixos que el HPF RC. L’objectiu del filtre de pas alt actiu és controlar el guany de tensió i amplificar el senyal de sortida. A continuació es mostra el diagrama de circuits del filtre de pas alt actiu per a l'amplificació.HPF actiu per a l'amplificacióEl circuit RC HPF està connectat a l'amplificador operatiu no inversor. La sortida i la freqüència de tall del filtre passiu de pas alt estan controlades per l'amplificador operatiu. On l'amplada de banda i les característiques de guany de l'amplificador operatiu determinen la freqüència de tall. Aquest tipus de filtre actua com un filtre de pas de banda. L'amplificador operatiu augmenta l'amplitud del senyal de sortida i el guany de tensió de sortida de la banda de pas es dóna com a 1 + R2/R1, que és el mateix que el filtre de pas baix. Funció de transferència Per derivar la funció de transferència del filtre de pas alt, Considereu un circuit RC HPF passiu com es mostra a dalt. Des del circuit anterior, Vo = tensió de sortida a través de la resistència Vi = tensió d'entrada aplicada al condensador. Prenent la transformada de Laplace tant a l'entrada com a la sortida, H(s) = Vₒ(s)/ Vᵢ(s)H(s)=R/(R+(1/sC))L'equació anterior esdevé,H(s)=sCR/(1+sCR)En substituir s=jw a l'equació anteriorH(jω)=jωCR / (1 + jωCR) Aleshores l’equació es converteix en La magnitud de la funció de transferència d’HPF es representa com | H (jω) | = ωCR / √ (1+ (ωCR) ^ 2) Si ω = 0, llavors la funció de transferència d’HPF = 0 Si ω = 1/CR, aleshores la funció de transferència HPF = 0.707 Si ω = infinit, aleshores la funció de transferència HPF = 1 Per tant, les característiques de la funció de transferència anteriors mostren que el filtre de pas alt RC passiu pot permetre que les freqüències altes des de la freqüència de tall fins a i infinitat. és a dir, varia de 0 a 1 si ω varia de 0 a l'infinit. Butterworth HPFEl filtre de pas alt de Butterworth és un dels tipus de HPF, que proporciona una resposta de freqüència plana a la banda de pas. A causa de la seva resposta de freqüència plana, no hi haurà ondulacions. També es coneix com a filtre pla i pla, utilitzat en diverses aplicacions on el guany de bucle tancat de la banda de pas és la unitat. A continuació es mostra el diagrama de circuit i la resposta en freqüència del filtre de pas alt Butterworth de primer ordre. Són molt fàcils i senzills de dissenyar.Butterworth HPF: el guany augmenta a un ritme de + 20 dB / dècada per al primer ordre Butterworth HPF i, mentre que per al segon ordre Butterworth HPF, serà de + 40 dB / dècada.Característiques de Butterworth HPF Aplicacions Les aplicacions dels filtres de pas alt són Altaveus per amplificar senyals Processament d’imatges S’utilitzen per amplificar corrent continu i per a acoblament de CA Sistemes de control i sistemes de processament d’àudio. - definició, circuit, Butterworth HPF, HPF amb Op-amp i les seves aplicacions. Aquí teniu una pregunta: "Quins són els avantatges i els desavantatges dels filtres de pas alt?"

Deixa un missatge 

Llista de missatges