Pasivní horní propust

Dříve jsme diskutovali o pasivním dolnoprůchodovém filtru, nyní je čas podívat se na pohled na pasivní hornoprůchodový filtr.

Stejně jako dříve, pokud se podíváte na název, zobrazí se „Pasivní“, „Vysoká“, „Vyhovuje“ a „Filtr“. Jak název napovídá, jedná se o filtr, který zablokuje nízké frekvence, ale předá vysokou frekvenci nad předem stanovenou hodnotu, která se vypočítá podle vzorce.

Je to „pasivní“, což znamená žádné externí napájení, žádné zesílení vstupního signálu; obvod vyrobíme pomocí „pasivních“ komponent, které nevyžadují žádný externí zdroj energie. Pasivní komponenty jsou stejné jako dolní propust, ale pořadí připojení bude přesně opačné. Pasivními součástmi jsou rezistor (R) a

kondenzátor (C). Opět se jedná o konfiguraci RC filtru.

Podívejme se, co se stane, když sestrojíme obvod a zkontrolujeme odezvu nebo „Bode Plot“…

Zde je obvod na tomto obrázku:

Toto je RC filtr. Obecně se vstupní signál je aplikován na tuto sériové kombinaci z non-polarizovaného kondenzátoru a odporu. Jedná se o filtr prvního řádu, protože v obvodech je pouze jedna reaktivní složka, kterou je kondenzátor. Filtrovaný výstup bude k dispozici přes rezistor. Kombinace tohoto dua je přesně opačná než dolní propust. Porovnáme-li obvod s dolní propustí, uvidíme, že poloha rezistoru a kondenzátoru je zaměněna.

Jak funguje High Pass filtr?

Při nízkých frekvencích bude reaktance kondenzátoru velmi velká, že bude fungovat jako otevřený obvod a blokovat vstupní signál pod mezním bodem frekvence (fc). Ale když mezní frekvenční bod dosáhne, reaktance kondenzátoru se začne snižovat a umožní přímý průchod signálu. Uvidíme to podrobně na křivce frekvenční odezvy.

Zde je křivka, jak to vypadá podobně na výstupu kondenzátoru: -

Frekvenční odezva a mezní frekvence

Toto je křivka frekvenční odezvy tohoto obvodu horního filtru prvního řádu.

f c Je mezní frekvence filtru. V bodě -3dB může signál projít. Toto -3 dB také označuje mezní frekvenci. Od 10 Hz do mezní frekvence nesmí signál procházet, protože frekvence je Nízká frekvence, v tomto bodě je to část zastavovacího pásma, kde signál nesmí procházet z filtru, ale nad mezní frekvencí po -3dB část se nazývá pozice propustného pásma, kde je povolen průchod signálu. Sklon křivky je + 20 dB za dekádu. Přesně opačně než dolní propust.

Vzorec pro výpočet zisku je stejný, jaký jsme použili v našem předchozím tutoriálu v pasivním dolnoprůchodovém filtru.

Zisk (dB) = 20 log (Vout / Vin)

Po mezním signálu se odezvy obvodu postupně zvyšují na Vin od 0 a tento přírůstek se děje rychlostí + 20 dB / dekáda. Pokud spočítáme zvýšení na oktávu, bude to 6 dB.

Tato křivka frekvenční odezvy je Bode Plot filtru High Pass. Výběrem správného kondenzátoru a správného odporu bychom mohli zastavit nízké frekvence, omezit signál procházející obvody filtru, aniž by to ovlivnilo signál, protože neexistuje žádná aktivní odezva.

Na obrázku výše je slovo Šířka pásma. Znamená to, po jaké frekvenci signál umožní průchod. Pokud se tedy jedná o filtr s vysokou propustností 600 Khz, pak bude šířka pásma od 600 kHz do nekonečna. Umožní předat všechny signály nad mezní frekvencí.

Na mezní frekvenci získáme zisk -3 dB. V tomto bodě, pokud porovnáme amplitudu výstupního signálu se vstupním signálem, uvidíme, že amplituda výstupního signálu bude 70,7% vstupního signálu. Také při zisku -3 dB by kapacitní reaktance a odpor byly stejné. R = Xc.

Jaký je vzorec mezní frekvence?

Vzorec mezní frekvence je přesně stejný jako u Low Pass filtru.

f c = 1 / 2πRC

R je tedy odpor a C je kapacita. Pokud dáme hodnotu, budeme znát mezní frekvenci.

Výpočet výstupního napětí

Podívejme se na první obrázek, obvody, kde se 1 rezistor a jeden kondenzátor používají k vytvoření filtru s vysokým průchodem nebo obvodu RC.

Když je stejnosměrný signál aplikován na obvod, je to odpor obvodu, který vytváří pokles, když protéká proud. Ale v případě střídavého signálu to není odpor, ale impedance je zodpovědná za pokles napětí, který se měří také v Ohmech.

V RC obvodu jsou dvě odporové věci. Jeden je odpor a druhý je kapacitní reaktance kondenzátoru. Nejprve tedy musíme změřit kapacitní reaktanci kondenzátoru, protože to bude nutné pro výpočet impedance obvodů.

První odporová opozice je kapacitní reaktance, vzorec je: -

Xc = 1 / 2πfC

Výstup vzorce bude v Ohmech, protože Ohmy jsou jednotkou kapacitní reaktance, protože jde o opozici, což znamená odpor.

Druhá opozice je rezistor sám. Hodnota odporu je také odpor.

Kombinací těchto dvou opozic získáme celkový odpor, kterým je impedance v obvodu RC (vstup střídavého signálu).

Impedance označuje Z

Vzorec je: -

Jak již bylo zmíněno dříve, při nízké frekvenci je reaktance kondenzátoru příliš vysoká na to, aby fungoval jako otevřený obvod, reaktance kondenzátoru je nekonečno při nízké frekvenci, takže blokuje signál. V té době je výstupní zisk 0 a kvůli blokování zůstává výstupní napětí 0, dokud není dosaženo mezní frekvence.

Ale ve vysoké frekvenci se stane opak, reaktance kondenzátoru je příliš nízká, aby fungovala jako zkrat, reaktance kondenzátoru je 0 při vysoké frekvenci, takže předává signál. Výstupní zisk je v té době 1, to je situace Unity gain a díky jednotkovému zisku je výstupní napětí po dosažení mezní frekvence stejné jako vstupní napětí.

Příklad s výpočtem

Jak již víme, co se vlastně děje uvnitř obvodu a jak zjistit hodnotu. Vyberme praktické hodnoty.

Pojďme vyzvednout nejběžnější hodnotu v rezistoru a kondenzátoru, 330k a 100pF. Vybrali jsme hodnotu, protože je široce dostupná a je snazší ji vypočítat.

Podívejme se, jaká bude mezní frekvence a jaké bude výstupní napětí.

Mezní frekvence bude: -

Vyřešením této rovnice je mezní frekvence 4825 Hz nebo 4,825 kHz.

Podívejme se, zda je to pravda nebo ne…

Toto je obvod příkladu.

Vzhledem k tomu, že frekvenční odezva popsaná dříve, že při mezní frekvenci bude dB

-3 dB, bez ohledu na frekvence. Prohledáme -3dB na výstupním signálu a uvidíme, jestli je to 4825Hz (4,825Khz) nebo ne.

Zde je frekvenční odezva: -

Nastavíme kurzor na -3 dB a uvidíme výsledek.

Jak vidíme frekvenční odezvu (nazývanou také jako Bode Plot), nastavili jsme kurzor na -3,03 dB a získali jsme frekvenci pásma 4,814 kHz.

Fázový posun

Fázový úhel označuje jako φ (Phi) bude na výstupu +45

Jedná se o fázový posun obvodu, který se používá jako praktický příklad.

Zjistíme hodnotu fázového posuvu při mezní frekvenci: -

Nastavili jsme kurzor na +45

Toto je High Pass filtr druhého řádu. CAPACITOR a RESISTOR je první objednávka a CAPACITOR1 a RESISTOR1 je druhá objednávka. Společně kaskádovitě vytvářejí horní propust druhého řádu.

Filtr druhého řádu má roli sklonu 2 x + 20 dB / dekáda nebo + 40 dB (12 dB / oktáva).

Zde je křivka odezvy: -

Sklon je + 20 dB / dekáda a červená na konečném výstupu, která má sklon + 40 dB / dekáda.

Tím se vypočítá mezní frekvence vysokorychlostního obvodu druhého řádu.

Stejně jako filtr Low Pass není tak dobré kaskádovat dva pasivní filtry High Pass, protože dynamická impedance každého pořadí filtrů ovlivňuje další síť ve stejných obvodech.

Aplikace

Nízkoprůchodový filtr je široce používaný obvod v elektronice.

Zde je několik aplikací: -

Přijímač zvuku a ekvalizér
Systém ovládání hudby a modulace výšek.
Generátor funkcí
Televize s katodovým paprskem a osciloskop.
Generátor čtvercových vln z trojúhelníkové vlny.
Pulzní generátory.
Postupné generátory.