A högpassfilter är ett elektroniskt filter som tillåter signaler med en högre frekvens än en viss gränsfrekvens och dämpar signaler med lägre frekvenser än den gränsfrekvensen. Detta filter är omvänt mot lågpassfiltret och är även känt som HPF, bass-cut filter eller low-cut filter. Kombinationen av lågpassfilter och högpassfilter är känt som bandpassfilter som endast tillåter frekvenser inom ett specifikt område. Det finns olika typer av högpassfilter baserade på designen av kretsen samt komponenter som används för att designa ett filter som; aktivt högpassfilter, passivt HPF, RC HPF, första ordningens HPF, andra ordningens HPF, Butterworth , Chebyshev och Bessel högpassfilter. Den här artikeln förklarar kort ett passivt högpassfilter, dess krets, funktion, typer och tillämpningar.
Vad är ett passivt högpassfilter?
En typ av elektroniskt filter som används för att endast tillåta högfrekventa signaler att passera igenom samtidigt som de blockerar lågfrekventa signaler är känt som ett passivt högpassfilter. Detta filter är också känt som ett passivt filter eftersom det inte behöver en extern strömkälla för drift och det beror uteslutande på den inkommande signalenergin.
Detta filter är designat med passiva komponenter som; motstånd, induktorer och kondensatorer. Dessa komponentvärden bestämmer helt enkelt filtrets gränsfrekvens, där denna frekvens ligger under de signaler som är blockerade eller dämpade.
Passiv högpassfilterkrets
Den passiva högpassfilterdesignkretsen visas nedan som använder ett motstånd och en kondensator. Denna krets liknar den passiva LPF men motståndet och kondensatorn är helt enkelt utbytta inom kretsen. Kondensatorn i en passiv högpassfilterkrets kopplas helt enkelt i serie av motståndet. Generellt när en ingångssignal tillhandahålls till seriekombinationen av en opolariserad kondensator och motstånd är den filtrerade utsignalen tillgänglig eller dras över motståndet.
Detta filter tillåter helt enkelt de högre frekvenserna och blockerar de lägre frekvenssignalerna. Gränsfrekvensvärdet beror huvudsakligen på värdena på komponenter som valts för kretsens design. Dessa filter har flera tillämpningar vid ett 10 MHz högfrekvensområde. På grund av att komponenterna växlar inuti denna krets kommer svaren från den levererade kondensatorn att ändras, vilka är exakt motsatta lågpassfiltrets svar.
Kondensatorn i denna krets vid de låga frekvenserna fungerar som en öppen krets och vid högre frekvenser; det fungerar som en kortslutning. I denna krets blockerar kondensatorn de lägre frekvenserna som kommer in i kondensatorn på grund av kondensatorns kapacitiva reaktans.
Kondensatorn motsätter sig en viss mängd ström i denna krets för att binda i kondensatorns kapacitansintervall. Så kondensatorn efter gränsfrekvensen tillåter alla frekvenser på grund av det kapacitiva reaktansreduktionsvärdet. Så detta gör att denna filterkrets skickar hela insignalen till utgången när frekvensen på insignalen är högre jämfört med gränsfrekvensen 'fc'.
Värdet på reaktansen ökar vid lägre frekvenser, varefter kapaciteten att motstå strömflödet genom kondensatorn förbättras. Frekvensbandet under gränsfrekvensen kallas 'Stop Band' och frekvensbandet efter gränsfrekvensen kallas 'Pass Band'.
Brytfrekvens
Formeln för gränsfrekvensen för det passiva högpassfiltret visas nedan. Denna formel liknar lågpassfiltret.
Fc = 1/2πRC
Där 'R' är motstånd & 'C' är kapacitans.
Fasvinkel för passivt högpassfilter
Fasvinkeln för passiv HPF betecknas med φ (Phi) som kommer att vara +45 vid utgången från i/p-signalen vid -3dB (eller) gränsfrekvens.
Enligt filtrets frekvenssvar skickar det alla signaler över gränsfrekvensen till oändlighet. Fasförskjutningsformeln liknar inte ett lågpassfilter eftersom fasen i detta filter blir negativ, även om det i HPF är en positiv fasförskjutning, sålunda är fasvinkelformeln;
Fasförskjutning (φ) = arktan (1/2πfRC)
Tidskonstant
Kondensatorn i kretsen får en laddnings- och urladdningseffekt från frekvenserna för ingångssignalen är känd som Time Constant som betecknas med τ (Tau). Tidskonstanten är också relaterad till gränsfrekvensen.
τ = RC = 1 / 2πfc
Ibland när vi har värdet på tidskonstanten måste vi känna till gränsfrekvensen, så genom att ändra formeln kan vi få ekvationen nedan.
fc = 1/2πRC
Vi vet att τ = RC
Så ovanstående ekvation blir fc = 1 / 2πτ.
Exempel
Den aktiva högpassfilterkretsen som använder ett 330k motstånd och 100pF kondensator visas nedan. Beräkna gränsfrekvensen.
Formeln för att beräkna gränsfrekvensen visas nedan.
Avskärningsfrekvens fc = 1/2πfC
Vi vet att resistor 330k och kondensator 100pF värden, ersätter dessa värden i ovanstående ekvation.
Avskärningsfrekvens fc = 1/2 x 3,14 x 330 000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825Hz (eller) 4,825Khz.
Passiv högpassfilteröverföringsfunktion
Överföringsfunktionen förklarar det huvudsakliga förhållandet mellan in- och utsignalerna från det passiva högpassfiltret. Så överföringsfunktionen för passiv HPF-beräkning diskuteras nedan.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Vo = IS
fre/fre
IR/I (R + 1/jωC)
Vo/ Vin = RjωC / R jωC + 1)
Ta RC = 1/ωC
Vo/Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/ Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
Ovanstående ekvation är en passiv högpassfilteröverföringsfunktion. Så spänningsförstärkningen vid varje 'ω'-värde för ett filter kan mätas med ovanstående ekvation.
Typer av passiva högpassfilter
Det finns två typer av passiva högpassfilter; första ordningens passiva HPF och andra ordningens passiva HPF som diskuteras nedan.
Första ordningens passiva HPF
Den första ordningens passiva högpassfilterkretsen visas nedan. Denna krets kan utformas med endast en reaktiv komponent med ett motstånd. Denna filterkrets blockerar lågfrekventa signaler men tillåter högfrekventa signaler över det inställda värdet. Denna krets använder passiva komponenter och behöver ingen extern strömkälla. Närhelst en insignal ges till denna seriekombination av kondensator och motstånd kommer den filtrerade utsignalen att erhållas över motståndet.
Gränsfrekvensformeln för första ordningens passiva HPS är densamma som det passiva lågpassfiltret som visas nedan.
fc = 1/2πRC
Andra ordningens passiva HPF
Den andra ordningens passiva högpassfilterkretsen visas nedan. Denna filterkrets är designad genom att kaskadkoppla två första ordningens HPF. Denna krets använder två reaktiva komponenter två kondensatorer och två motstånd som gör filterkretsen av andra ordningen. Så denna tvåstegsfilterprestanda är likvärdig med ett enstegsfilter även om lutningen för detta filter kan erhållas vid -40 dB/dekad på grund av variationen inom gränsfrekvensen.
Detta filter är mycket effektivt jämfört med ett enstegsfilter eftersom det innehåller två lagringspunkter. Så gränsfrekvensen för ett tvåstegsfilter beror huvudsakligen på de två kondensatorerna och två motstånd värden som anges som;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz
Ansökningar
De tillämpningar av passiva högpassfilter inkluderar följande.
- Ett passivt högpassfilter är ett filter som blockerar låga frekvenser, men passerar högfrekvensen över det förutbestämda värdet.
- Passiva högpassfilter används i equalizers och ljudmottagare.
- Dessa används i musikkontrollsystem och frekvensmodulering .
- Dessa används i funktionsgeneratorer, pulsgeneratorer, ramp-till-steg-generatorer, CRO, CRT, etc.
- Dessa filter används normalt i ljudbehandling för att ta bort lågfrekvent brus i ljudförstärkare där maximala frekvenser krävs.
- Dessa filter används ofta i HPF:er för att förbättra kanterna såväl som andra högfrekventa komponenter i digitala bilder.
- Dessa används i olika industriella och även vetenskapliga tillämpningar som; seismisk analys, och radarsystem & inom det biomedicinska området för att förstå EKG.
- Dessa typer av filter är avgörande verktyg inom elektronik och signalbehandling för att tillåta högfrekventa signaler att tillåta och blockera lågfrekventa signaler.
Detta är alltså en översikt av en passiv högpassfilter, kretsar, fungerar , typer och dess tillämpningar. En filterkrets är utformad med endast passiva komponenter som; motstånd och kondensator. Dessa filter kräver ingen yttre källa så de har ingen förstärkning, vilket innebär att amplituden för utsignalen alltid är ekvivalent med eller under ingångssignalens amplitud. Dessa filterdesigner är extremt enkla och komponenterna som används för att tillverka dessa filter är också mycket billiga. Här är en fråga till dig, vad är ett passivt lågpassfilter?
