Какво е високочестотен филтър: работа и неговите приложения

Филтрите са електронните схеми, които позволяват определени честотни компоненти и отслабват нежеланите честотни компоненти на входния сигнал. Те се намират в различни електронни приложения, за да позволят определен диапазон от честоти на сигнала. По принцип филтрите са разделени на два типа в зависимост от вида на компонентите, използвани при проектирането и експлоатацията. Те са пасивни филтри и активни филтри. В зависимост от честотния диапазон, филтрите са категоризирани в 4 типа. Те са нискочестотни филтри, високочестотни филтри, лентови филтри и филтри за спиране на лентите. Тази статия описва високочестотния филтър, който може да се използва както като активен филтър, така и като пасивен филтър.Какво е високочестотен филтър? Филтърът има способността да позволява високочестотни компоненти на сигнала и отслабва всички нискочестотни компоненти на сигнал, известен като високочестотен филтър. Той може да позволи на високочестотните компоненти по-големи от граничната честота и да отхвърли всички други нежелани честотни компоненти на сигнала. Този тип филтри се срещат в различни RF вериги и системи за обработка на сигнали. На практика този филтър ще позволи по-ниски честоти на сигнала, които са по-ниски от граничната честота. Високочестотна филтърна верига Тази верига е същата като тази на нискочестотна филтърна верига, с изключение на това, че резисторът на компонентите и кондензаторът са разменени, както е показано на фигурата по -долу.Високочестотна филтърна верига Два пасивни елемента резистор и кондензатор са свързани последователно, за да позволят честоти, по-високи от граничната честота на сигнала. Изходното напрежение на сигнал се получава през резистора чрез прилагане на входно напрежение върху кондензатора. Този тип филтри попадат в веригата за високочестотни филтри от първи ред. HPF от втори ред не е нищо друго освен каскадиране на две последователно вериги за високочестотни филтри на RC. Увеличаването на усилването на честотната лента в HPF от втори ред ще бъде със скорост +40dB/десетилетие. Пасивен RC HPC Пасивната RC високочестотна филтърна верига може да бъде проектирана в две комбинации като резистор и кондензатор (пасивен RC HPF); резистор и индуктор (пасивен RL HPF) въз основа на приложението. Пасивният RC HPF се използва за приложения в аудио или нискочестотни диапазони. Пасивните RL HPF вериги се използват за приложения в радиочестотни или високочестотни диапазони. Високочестотната филтърна верига се нарича още пасивен високочестотен филтър RC поради използването на пасивни елементи като резистор и кондензатор. Основното предимство е, че няма нужда да се прилага външно захранване или каквито и да е усилващи компоненти. Пасивният RC HPF е проста RC HPF верига, както е показано на горната фигура. Кондензаторът и резисторът са свързани последователно, където изходното напрежение се развива през резистора. Поради реактивното съпротивление на кондензатора, филтърът позволява само високи честоти на сигнал, по-голям от граничната честота и блокира по-ниските честоти на сигнал под граничната честота. Характеристики Тези характеристики на високочестотния филтър са обяснени от гледна точка на честотната характеристика и изместването на фазата на изходния сигнал. на сигнал, които са по-ниски от граничната честота. Идеалните характеристики на HPF са показани по -долу. Пропускателната лента се нарича HPF позволява по-високите честоти, които са по-големи от граничната честота. Този филтър намалява ниските честоти, което се нарича стоп лента.Идеални характеристики на високочестотния филтър Честотен отклик Честотата на изходния сигнал е правопропорционална на усилването. С увеличаване на честотата печалбата се увеличава. Честотната характеристика на RC високочестотен филтър зависи от реактивното съпротивление на кондензатор. Кондензаторът произвежда необходимото количество реактивност или високо реактивно съпротивление, за да намали ниските честоти на сигнала, т.е. под граничната честота. При ниско реактивно съпротивление на кондензатора, високочестотният филтър RC позволява високочестотните компоненти на сигнала, т.е. по-големи от граничната честота. Но на практика високочестотният филтър на RC позволява ниските честоти под граничната честота. Печалбата на RC високочестотния филтър става единица, когато реактивността е ниска/нула при високи честоти. Това означава, че изходното напрежение е същото като даденото входно напрежение. За да позволи високи честоти и да отхвърли ниските честоти, капацитивната реактивност намалява с увеличаване на честотата, което води до увеличаване на изходното напрежение и усилване. Капацитивното съпротивление е дадено като, Xc = 1/2πfc Където 'fc' = гранична честота в Hz'Xc '= капацитивно реактивно съпротивление Честотната характеристика и изместването на фазата на високочестотен филтър на RC са показани по-долу.Характеристики на RC HPF От фигурата можем да наблюдаваме, че ниските честоти са блокирани/отхвърлени и увеличават изходното напрежение с +20dB/десетилетие, когато честотата е на граничната честота и R = Xc. Високочестотният филтър на RC позволява високите честоти (от граничната честота до безкрайността), когато изходното напрежение е 0.7071 или 70.71% от неговото входно напрежение, т.е. при -3dB входни и изходни нива (чрез изчисляване на 20 log Vout/Vin). Това означава, че честотната характеристика на HPF е, високочестотни сигнали се допускат от гранична честота до безкрайност. При граничната честота фазовото изместване на входния сигнал и изходния сигнал е същото, т.е. при 45 °. Когато честотата на сигнала е по-голяма от граничната честота, фазовият ъгъл е нула. Това означава, че изходният сигнал е във фаза по отношение на входния сигнал при високи честоти. Времето, необходимо за зареждане и разреждане на кондензатор, се изразява под формата на времевата константа, обозначена с „τ“. Временната константа на високочестотен филтър на RC е дадена като дадено като Φ = tan-1 (2/1πfRC) Където 'fc' = гранична честота в Hz'f '= работна честота в Hz'R' = стойност на съпротивлението в ома 'C' = стойност на кондензатора във FaradsHigh Pass Филтриране с помощта на Op-Amp Високочестотният филтър, използващ операционен усилвател, е много лесен за проектиране и изпълнение, тъй като използва ограничено не. на електронни компоненти и премахва шума и бръмченето. Схемата на високочестотния филтър с помощта на оп-усилвател е показана по-долу. Пасивният RC HPF е свързан към неинвертиращия операционен усилвател за усилване и контрол на усилването на напрежението.Високочестотен филтър, използващ оп-усилвател. Изходът е ограничен от характеристиките на отворен контур на операционния усилвател. Изходът на RC HPF се прилага към операционния усилвател за усилване и контрол на усилването на напрежението на изходния сигнал. Коефициентът на усилване на напрежението на високочестотния филтър, използващ Op-amp, се дава като Aᵥ= Vout/Vin=Af(f /fc)/√(1+(f/fc)2) Където Av= усилване на напрежението в dB= 1+R2/R1Af = усилване на лентата на пропускане fc= гранична честота в Hzf = работна честота в Hz Когато f < fc (ниски честоти) , след това Vout/Vin < AfКогато f = fc (при гранична честота), след това Vout/Vin=Af/2 ^½ = 0.7071AfКогато f > fc (високи честоти), тогава Vout/Vin = Af Широчината на честотната лента на затворен контур на Op-усилвателят определя най-високата честота на HPF, която има постоянна пропускателна способност Af. Величината на усилването на напрежението се дава като AV (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Активен високочестотен филтър Ако RC високочестотният филтър е свързан към активния елемент като оп-усилвател, за да позволи високите честоти и отхвърля ниските честоти, тогава той се нарича активен HPF. Честотната характеристика и фазовото изместване на активния HPF са същите като RC HPF. Целта на активния високочестотен филтър е да контролира усилването на напрежението и да усилва изходния сигнал. Схемата на активния високочестотен филтър за усилване е показана по-долу.Активен HPF за усилване Веригата RC HPF е свързана към неинвертиращия операционен усилвател. Изходът и граничната честота на пасивния високочестотен филтър се управляват от оп-усилвателя. Когато характеристиките на честотната лента и усилването на оп-усилвателя определят граничната честота. Този тип филтър действа като лентов филтър. Операционният усилвател увеличава амплитудата на изходния сигнал и усилването на изходното напрежение на пропускателната лента се дава като 1+R2/R1, което е същото като нискочестотния филтър. помислете за пасивна RC HPF верига, както е показано по -горе. От горната верига, Vo = изходно напрежение през резистора Vi = входно напрежение, приложено през кондензатора Чрез приемане на Лапласовата трансформация както от входната, така и от изходната страна, H (s) = Vₒ (s)/ Vᵢ (s) H (s) = R/(R+(1/sC)) Горното уравнение става, H (s) = sCR/(1+sCR) Чрез заместване на s = jw в горното уравнение H (jω) = jωCR /(1+jωCR) Тогава уравнението става Величината на трансферната функция на HPF е представена като | H (jω) | = ωCR/√ (1+ (ωCR)^2) Ако ω = 0, тогава трансферната функция на HPF = 0 Ако ω = 1/CR, тогава HPF трансферната функция = 0.707 Ако ω = безкрайност, тогава HPF трансферната функция = 1 Следователно горните характеристики на трансферната функция показват, че пасивният RC високочестотен филтър може да позволи високите честоти от прекъсната честота до i nfinity. т.е. варира от 0 до 1, ако ω варира от 0 до безкрайност. HPF Butterworth Високочестотният филтър Butterworth е един от типовете HPF, който осигурява плоска честотна характеристика в пропускателната лента. Поради плоската си честотна характеристика няма да има вълнички. Известен е също като плосък плосък филтър, използван в различни приложения, където усилването на затворения контур на пропускателната лента е единица. Схемата и честотната характеристика на високочестотния филтър от първи ред Butterworth са показани по-долу. Те са много лесни и лесни за проектиране.Butterworth HPF Печалбата се увеличава със скорост +20dB/десетилетие за първа поръчка Butterworth HPF, а докато за втория ред Butterworth HPF, тя ще бъде +40dB/десетилетие.Характеристики на HPF Butterworth Приложения Приложенията на високочестотните филтри са Говорители за усилване на сигнали Обработка на изображения Използва се при усилване на постоянен ток и за променливотоково свързване Системи за управление и системи за обработка на звук. - дефиниция, схема, Butterworth HPF, HPF с помощта на Op-amp и неговите приложения. Ето един въпрос към вас: „Какви са предимствата и недостатъците на високочестотните филтри?“

Остави съобщение 

Списък на ЛС