W tym artykule omówimy kilka podstawowych pojęć związanych z aktywny filtr górnoprzepustowy i spróbuj odpowiedzieć na kilka pytań w kolejnych sekcjach, a my postaramy się z korzyścią poznać niektóre ważne zastosowania aktywnych filtrów górnoprzepustowych.

• Co to jest aktywny filtr górnoprzepustowy?
• Zasada działania aktywnego HPF
• Odpowiedź czasowa i odpowiedź częstotliwościowa
• Częstotliwość odcięcia aktywnego HPF
• Co to jest funkcja transferu dla aktywnego HPF
• Zaprojektuj aktywne zamówienie HPF pierwszego zamówienia
• Aktywny HPF drugiego rzędu
• Funkcja transferu dla HPF drugiego rzędu
• Zalety aktywnego filtra górnoprzepustowego
• Zastosowania HPF
• FAQS

Definicja aktywnego filtra górnoprzepustowego:

Aktywny filtr górnoprzepustowy to nic innego jak obwód zawierający aktywny element, taki jak tranzystor, wzmacniacz operacyjny (wzmacniacz operacyjny) itp. Te komponenty są używane głównie w celu uzyskania lepszej wydajności lub lepszego wzmocnienia.

Z jakich elementów składa się aktywny filtr górnoprzepustowy?

Możemy stworzyć aktywny filtr górnoprzepustowy, dodając wzmacniacz operacyjny w poprzek pasywny filtr górnoprzepustowy.

Aby zasugerować prostotę, oszczędność czasu i ze względu na rozwijające się technologie projektowania wzmacniaczy operacyjnych, ogólnie rzecz biorąc, wzmacniacz operacyjny jest używany w projekcie aktywnego filtra górnoprzepustowego.

W aktywnym filtrze górnoprzepustowym naszym ograniczeniem jest szerokość pasma wzmacniacza operacyjnego. Oznacza to, że wzmacniacz operacyjny będzie przekazywał częstotliwość zgodnie ze swoim wzmocnieniem i charakterystyką pętli otwartej wzmacniacza operacyjnego.

Schemat obwodu aktywnego filtra górnoprzepustowego:

Na powyższym rysunku sieć CR filtruje, a wzmacniacz operacyjny jest podłączony jako wtórnik wzmocnienia jedności. Rezystor sprzężenia zwrotnego, R_f, jest dołączony, aby zminimalizować przesunięcie DC.

Tutaj,

Połączenia napięcie na rezystorze R,

Ponieważ wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego jest nieskończone, możemy wyprowadzić.

Gdzie

= Wzmocnienie pasma przepustowego filtra górnoprzepustowego,

f = częstotliwość sygnału wejściowego (Hz),

= częstotliwość odcięcia filtra górnoprzepustowego (Hz)

    Wielkość zysku,

I kąt fazowy (w stopniach),

Zasada działania aktywnego filtra górnoprzepustowego:

Filtry pierwszego rzędu są najprostszą formą wszelkich filtrów, które zawierają tylko jeden składnik reaktywny, tj. Kondensator, ponieważ jest również używany w filtrach pasywnych. Aby przekształcić go w filtr aktywny, na wyjściu filtra pasywnego używany jest wzmacniacz operacyjny.

Teraz wzmacniacz operacyjny jest używany w różnych konfiguracjach. Każda konfiguracja ma dodatkowe atrybuty związane z wydajnością filtra.

Najważniejszą rzeczą do zapamiętania jest współczynnik roll-off filtra pierwszego rzędu. Współczynnik roll-off to szybkość zmiany wzmocnienia filtra w jego pożądanym paśmie zatrzymania. Pokazuje nam stromość krzywej i szybkość wzrostu z częstotliwością.

Filtry pierwszego rzędu mają współczynnik wycofywania 20 dB / dekadę or 6 dB / oktawę.

        Współczynnik Roll Off = -20n dB / dekadę = -6n dB / oktawę

Odpowiedź czasowa i odpowiedź częstotliwościowa aktywnego HPF

Aby obsługiwać filtr górnoprzepustowy, weryfikację można przeprowadzić na podstawie równania wielkości wzmocnienia w następujący sposób:

Przy bardzo niskiej częstotliwości, tj., f <f_c,

At f = f_c,

At f >> f_c,

Szerokość pasma aktywnego filtra górnoprzepustowego wskazuje wartość częstotliwości, z której sygnały mogą przechodzić. Na przykład, jeśli szerokość pasma tego filtra górnoprzepustowego jest podana jako 50 kHzoznacza to, że jedyne częstotliwości od 50 kHz do nieskończoności mogą przekraczać zakres szerokości pasma.

Kąt fazowy sygnału wyjściowego wynosi +450 na granicy częstotliwość. Wzór do obliczenia przesunięcia fazowego aktywnego filtra górnoprzepustowego to

                     Ø = arctan (1 / 2πfRC)

Funkcja transferu aktywnego filtra górnoprzepustowego

Impedancja kondensatora ciągle się zmienia, więc filtry elektroniczne mają odpowiedź zależną od częstotliwości.

Złożona impedancja kondensatora jest podana jako:

Gdzie, s = σ +jω, ω jest częstotliwość kątowa w radianach na sekundę.

Funkcja transferu a obwód można znaleźć za pomocą standardowej analizy obwodu techniki takie jak Prawo Ohma, prawo Kirchoffa, twierdzenie o superpozycji, itp.

Forma TF pochodzi od stosunek napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego

Standardowa forma funkcji transferu to:

Gdzie,

a₁ = Amplituda sygnału

ω₀ = Kątowa częstotliwość odcięcia

Częstotliwość odcięcia:

Co rozumiemy przez częstotliwość graniczną?

Poprzez częstotliwość odcięcia definiujemy użyteczną lub istotną część widma. Jest to po prostu poziom częstotliwości powyżej lub poniżej urządzenia lub filtr nie może reagować lub może być prawidłowo obsługiwany.

Częstotliwość odcięcia dla aktywnego filtra górnoprzepustowego to szczególna częstotliwość, przy której napięcie obciążenia (wyjściowe) wynosi 70.7% źródła (wejściowego) napięcia. Źródło lub napięcie wyjściowe jest większe niż 70.7% napięcia wejściowego lub obciążenia i odwrotnie.

Częstotliwość odcięcia wskazuje również częstotliwości, przy których moc toru wyjściowego spada do połowy wartości maksymalnej. Te punkty połowy mocy odpowiadają spadkowi wzmocnienia 3dB (0.7071) w stosunku do maksymalnej wartości dB.

Projektowanie filtra aktywnego filtra górnoprzepustowego:

Aby zbudować aktywny filtr górnoprzepustowy, musimy zaimplementować następujące kroki:

Wartość częstotliwości odcięcia,

jest wybrany.

Wybiera się wartość pojemności C, zwykle od 0.001 do 0.1 µF.

Wartość oporu R oblicza się za pomocą zależności,

Teraz wartości R.₁ i R_f są dobierane w zależności od pożądanego wzmocnienia pasma przepustowego, za pomocą zależności,

Aktywny filtr górnoprzepustowy drugiego rzędu:

Co to jest filtr drugiego rzędu?

Maksymalne opóźnienie w każdej próbce używane do generowania każdej próbki wyjściowej nosi nazwę zamówienie tego konkretnego filtra.

Filtry drugiego rzędu składają się przeważnie z dwóch Filtr RC, który jest połączony ze sobą, aby zapewnić -Współczynnik spadku 40 dB / dekadę.

Gdzie wzmocnienie DC wzmacniacza =

Funkcja transferu aktywnego filtra górnoprzepustowego drugiego rzędu można uzyskać z funkcji przenoszenia filtra dolnoprzepustowego przez transformację,

• Podstawiając s = jω, funkcja transferu to,

W powyższym równaniu, gdy ωà0, |H (jω)|=0. Zatem wzmocnienie filtra przy niskiej częstotliwości wynosi zero.

Jeśli porównamy to z funkcją przenoszenia filtra Butterwortha, otrzymamy

Na powyższym schemacie przedstawiono odpowiedź częstotliwościową aktywnego filtra górnoprzepustowego drugiego rzędu. Należy zauważyć, że filtr ma bardzo ostrą odpowiedź roll-off.

Procedura projektowania dla górnoprzepustowego będzie taka sama, jak dla dolnoprzepustowego.

Pasmo przenoszenia będzie maksymalnie płaskie, tj. Charakteryzujące się bardzo ostrą charakterystyką przechyłu.

Zalety stosowania aktywnego filtra górnoprzepustowego:

Jest tak wiele istotnych zalet aktywny filtr górnoprzepustowy, niektórzy z nich są:

• Zawsze, gdy występuje mały sygnał, używany jest aktywny filtr górnoprzepustowy w celu zwiększenia współczynnika wzmocnienia, który również zwiększa amplitudę tych małych sygnałów.
• Ze względu na bardzo wysoką impedancję wejściową, aktywne filtry górnoprzepustowe mogą przesyłać wydajne sygnały bez żadnych strat w żadnym poprzedzającym obwodzie.
• Filtry aktywne mają zwykle bardzo niską impedancję wyjściową, co jest idealne do przenoszenia wydajnych sygnałów do kolejnego etapu, głównie gdy są używane w różnych filtrach wielostopniowych.
• Ten typ filtrów zapewnia płynne częstotliwości.
• Mają ostrą odpowiedź roll-off.
• Silna moc nadawania do odbiorników, aby wybrać żądaną częstotliwość kanału.
• Najlepsze do przetwarzania dźwięku w dowolnym urządzeniu elektrycznym lub elektronicznym.
• Aktywny HPF zapobiega wzmocnieniu z prądu stałego itp.

Zastosowanie aktywnego filtra górnoprzepustowego:

• Aby nadawać wyższą częstotliwość w przypadku filtrów związanych z wideo.
• Używamy HPF jako korektora wysokich tonów.
• Często używamy HPF jako filtra podwyższającego wysokie tony.
• Zmieniamy częstotliwość w zależności od różnych przebiegów.
• Aktywne filtry górnoprzepustowe są również używane w oscyloskopach.
• W generatorze te filtry są używane.

Często Zadawane Pytania

Gdzie są używane filtry górnoprzepustowe?

      Filtry górnoprzepustowe są używane we wszystkich źródłach dźwięku w celu usunięcia niechcianego szumu, który czai się poniżej ważnych częstotliwości.

Wiele niechcianych dźwięków może być ukrytych przez głośniejszy rdzeń sygnału o wysokim tonie i można je przeoczyć. Nie słyszymy dudnienia ze względu na granice słyszalności, ponieważ najniższe części widma mają około 20-40 Hz. Filtry górnoprzepustowe eliminują również te szumy lub redukują je, dzięki czemu są prawie ciche.

Czy mogę uzyskać wyjście filtru górnoprzepustowego jako źródło zasilania?

Filtr górnoprzepustowy jest filtrem elektronicznym, który przepuszcza sygnały o wyższych częstotliwościach, które są powyżej zakresu częstotliwości odcięcia, a także tłumi częstotliwości, które są poniżej zakresu odcięcia.

Teraz wyjście określonego filtra górnoprzepustowego nie ma napięcia DC (0 Hz) z powodu jego określonej częstotliwości odcięcia (f_c). Dolna częstotliwość odcięcia aktywnego filtra górnoprzepustowego wynosi 70.7% lub -3 dB (dB = -20log V_{na zewnątrz}/V_in) wzmocnienia napięciowego, które przepuszcza, można również wykorzystać jako źródło zasilania.

Co oznacza częstotliwość narożna w odniesieniu do filtra górnoprzepustowego?

Częstotliwość narożna, nazywana również częstotliwością odcięcia, definiuje określoną częstotliwość, przy której tłumienie przenoszenia osiąga -3 dB poniżej (50%) wielkości od 0 dB lub poziomu pasma przepustowego.

Więcej o elektronice kliknij tutaj

Soumali Bhattacharya

Cześć, jestem Soumali Bhattacharya. Zrobiłem magisterium z elektroniki.
Obecnie inwestuję w elektronikę i komunikację.
Moje artykuły skupiają się na głównych obszarach podstawowej elektroniki w bardzo prostym, ale pouczającym podejściu.
Jestem żywym uczniem i staram się być na bieżąco ze wszystkimi najnowszymi technologiami w dziedzinie elektroniki.

Połączmy się poprzez LinkedIn –