A Magasáramú szűrő egy elektronikus szűrő, amely egy bizonyos vágási frekvenciánál magasabb frekvenciájú jeleket engedélyez, és a jeleket az adott vágási frekvenciánál alacsonyabb frekvenciákkal csillapítja. Ez a szűrő fordítottja az aluláteresztő szűrőnek, és más néven HPF, mélysugárzó vagy mélyvágó szűrő. A kombináció a aluláteresztő szűrő a felüláteresztő szűrőt pedig sávszűrőként ismerik, amely csak egy adott tartományban engedi meg a frekvenciákat. Különféle típusú felüláteresztő szűrők léteznek az áramkör kialakítása, valamint a szűrőhöz hasonló tervezéshez használt alkatrészek alapján; aktív felüláteresztő szűrő, passzív HPF, RC HPF, elsőrendű HPF, másodrendű HPF, Butterworth , Chebisev és Bessel felüláteresztő szűrők. Ez a cikk röviden ismerteti a passzív felüláteresztő szűrőt, annak áramkörét, működését, típusait és alkalmazásait.
Mi az a passzív felüláteresztő szűrő?
Passzív felüláteresztő szűrőként ismert egy olyan típusú elektronikus szűrő, amely lehetővé teszi a magas frekvenciájú jelek áthaladását, miközben blokkolja az alacsony frekvenciájú jeleket. Ezt a szűrőt passzív szűrőnek is nevezik, mivel működéséhez nincs szükség külső áramforrásra, és kizárólag a bejövő jelenergiától függ.
Ezt a szűrőt passzív alkatrészekkel tervezték, mint pl. ellenállások, induktorok és kondenzátorok. Ezek a komponensértékek egyszerűen meghatározzák a szűrő vágási frekvenciáját, ahol ez a frekvencia a blokkolt vagy csillapított jelek alatt van.
Passzív felüláteresztő szűrő áramkör
Az alábbiakban látható a passzív felüláteresztő szűrő tervezési áramköre, amely ellenállást és kondenzátort használ. Ez az áramkör hasonló a passzív LPF-hez, de az ellenállást és a kondenzátort egyszerűen felcserélik az áramkörön belül. A passzív felüláteresztő szűrőáramkörben lévő kondenzátor egyszerűen sorba van kötve az ellenállással. Általában, ha bemeneti jelet adnak a nem polarizált kondenzátor és ellenállás soros kombinációjához, akkor a szűrt kimenet elérhető, vagy az ellenálláson keresztül történik.
Ez a szűrő egyszerűen engedélyezi a magasabb frekvenciákat, és blokkolja az alacsonyabb frekvenciájú jeleket. A vágási frekvencia értéke főként az áramkör kialakításához kiválasztott alkatrészek értékétől függ. Ezek a szűrők számos alkalmazással rendelkeznek 10 MHz-es nagyfrekvenciás tartományban. Az ezen az áramkörön belüli komponensek cseréje miatt a szállított kondenzátor válaszai pontosan ellentétesek az aluláteresztő szűrő válaszával.
Az ebben az áramkörben lévő kondenzátor alacsony frekvencián úgy működik, mint egy nyitott áramkör és magasabb frekvenciákon; rövidzárként működik. Ebben az áramkörben a kondenzátor blokkolja a kondenzátorba belépő alacsonyabb frekvenciákat a kondenzátor kapacitív reaktanciája miatt.
A kondenzátor ellenkezik bizonyos mennyiségű árammal ebben az áramkörben, hogy a kondenzátor kapacitástartományába kötődjön. Tehát a vágási frekvencia utáni kondenzátor a kapacitív reaktancia csökkentési érték miatt minden frekvenciát megenged. Így ez a szűrőáramkör a teljes bemeneti jelet átadja a kimenetnek, amikor a bemeneti jel frekvenciája magasabb az „fc” vágási frekvenciához képest.
A reaktancia értéke alacsonyabb frekvenciákon növekszik, majd a kondenzátoron belüli áram áramlásának ellenálló képessége megnő. A vágási frekvencia alatti frekvenciasávot „Stop Band”-nak, a vágási frekvencia utáni frekvenciasávot „áteresztő sávnak” nevezik.
Levágási frekvencia
Az alábbiakban látható a passzív felüláteresztő szűrő vágási frekvenciájának képlete. Ez a képlet hasonló az aluláteresztő szűrőhöz.
Fc = 1/2πRC
Ahol az „R” van ellenállás & 'C' a kapacitás.
Passzív felüláteresztő szűrő fázisszöge
A passzív HPF fázisszögét φ (Phi) jelöli, amely +45 lesz a kimeneten az i/p jeltől kezdve -3 dB (vagy) Levágási frekvencián.
A szűrő frekvenciaválaszának megfelelően minden jelet a vágási frekvencia felett a végtelenségig továbbít. A fáziseltolási képlet nem hasonlít az aluláteresztő szűrőhöz, mert ebben a szűrőben a fázis negatív lesz, bár a HPF-ben ez pozitív fáziseltolódás, így a fázisszög képlete az;
Fáziseltolás (φ) = arctan (1/2πfRC)
Időállandó
Az áramkörben lévő kondenzátor töltő- és kisütési hatást kap a bemeneti jel frekvenciáiból, amelyet időállandónak nevezünk, amelyet τ-val (Tau) jelölünk. Az időállandó a vágási frekvenciához is kapcsolódik.
τ = RC = 1 / 2πfc
Néha, amikor megvan az időállandó értéke, ismernünk kell a határfrekvenciát, így a képlet megváltoztatásával az alábbi egyenlethez juthatunk.
fc = 1/2πRC
Tudjuk, hogy τ = RC
Tehát a fenti egyenletből fc = 1 / 2πτ lesz.
Példa
Az alábbiakban látható a 330k ellenállást és 100pF-os kondenzátort használó aktív felüláteresztő szűrő áramkör. Számítsa ki a vágási frekvenciát.
Az alábbiakban látható a határfrekvencia kiszámításának képlete.
Levágási frekvencia fc = 1/2πfC
Tudjuk, hogy a 330k ellenállás és a 100pF kondenzátor értéke ezeket az értékeket helyettesíti a fenti egyenletben.
Levágási frekvencia fc = 1/2 x 3,14 x 330 000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825 Hz (vagy) 4,825 Khz.
Passzív felüláteresztő szűrő átviteli funkció
Az átviteli funkció elmagyarázza a passzív felüláteresztő szűrő bemeneti és kimeneti jelei közötti fő kapcsolatot. Tehát a passzív HPF számítás átviteli függvényét az alábbiakban tárgyaljuk.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Vo = IS
P/ P
IR/I (R + 1/jωC)
Vo/ Vin = RjωC / R jωC + 1)
Vegyük RC = 1/ωC
Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
A fenti egyenlet egy passzív felüláteresztő szűrő átviteli függvény. Tehát egy szűrő minden „ω” értékénél mérhető a feszültségerősítés a fenti egyenlettel.
Passzív felüláteresztő szűrők típusai
Kétféle passzív felüláteresztő szűrő létezik; elsőrendű passzív HPF és másodrendű passzív HPF, amelyeket alább tárgyalunk.
Elsőrendű passzív HPF
Az elsőrendű passzív felüláteresztő szűrő áramkör az alábbiakban látható. Ez az áramkör csak egy ellenállásos reaktív komponenssel tervezhető. Ez a szűrőáramkör blokkolja az alacsony frekvenciájú jeleket, de engedélyezi a magas frekvenciájú jeleket a beállított érték felett. Ez az áramkör passzív alkatrészeket használ, és nincs szüksége külső áramforrásra. Ha a kondenzátor és az ellenállás soros kombinációjához bemeneti jel érkezik, akkor a szűrt kimenet az ellenálláson keresztül érkezik.
Az elsőrendű passzív HPS vágási frekvencia képlete megegyezik az alább látható passzív aluláteresztő szűrőéval.
fc = 1/2πRC
Másodrendű passzív HPF
Az alábbiakban látható a másodrendű passzív felüláteresztő szűrő áramkör. Ezt a szűrőáramkört két elsőrendű HPF kaszkádolásával tervezték. Ez az áramkör két reaktív komponenst használ kettő kondenzátorok és két ellenállás, amely a szűrőkört másodrendűvé teszi. Tehát ez a kétfokozatú szűrő teljesítménye egyenértékű egy egyfokozatú szűrővel, bár ennek a szűrőnek a meredeksége -40 dB/dekádnál érhető el a határfrekvencián belüli változás miatt.
Ez a szűrő nagyon hatékony az egyfokozatú szűrőhöz képest, mivel két tárolási pontot tartalmaz. Tehát a kétfokozatú szűrő levágási frekvenciája elsősorban a két és kettő kondenzátortól függ ellenállások ként megadott értékek;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz
Alkalmazások
A passzív felüláteresztő szűrők alkalmazásai a következőket tartalmazzák.
- A passzív felüláteresztő szűrő olyan szűrő, amely blokkolja az alacsony frekvenciákat, de a magas frekvenciát az előre meghatározott érték felett engedi át.
- Passzív felüláteresztő szűrőket használnak hangszínszabályzókban és hangvevőkben.
- Ezeket zenevezérlő rendszerekben és frekvencia moduláció .
- Ezeket funkciógenerátorokban, impulzusgenerátorokban, lépcsőzetes generátorokban, CRO-kban, CRT-ekben stb. használják.
- Ezeket a szűrőket általában a hangfeldolgozásban használják az alacsony frekvenciájú zaj eltávolítására az audioerősítőkben, ahol a maximális frekvenciákra van szükség.
- Ezeket a szűrőket gyakran használják a HPF-ekben a digitális képek éleinek és más magasabb frekvenciájú komponenseinek javítására.
- Ezeket különböző ipari és tudományos alkalmazásokban használják, mint pl. szeizmikus elemzés, radarrendszerek és az orvosbiológiai területen az EKG-k megértéséhez.
- Az ilyen típusú szűrők kulcsfontosságú eszközök az elektronikában és a jelfeldolgozásban, hogy lehetővé tegyék a magas frekvenciájú jeleket az alacsony frekvenciájú jelek engedélyezéséhez és blokkolásához.
Így ez egy passzív áttekintése felüláteresztő szűrő, áramkörök, működő , típusai és alkalmazásai. A szűrőáramkör csak passzív alkatrészeket tartalmaz, mint pl. ellenállás és kondenzátor. Ezek a szűrők nem igényelnek külső forrást, így nincs erősítésük, ami azt jelenti, hogy a kimeneti jel amplitúdója mindig egyenértékű, vagy az alatti a bemeneti jel amplitúdója. Ezek a szűrőkialakítások rendkívül egyszerűek, és a szűrők gyártásához használt alkatrészek is nagyon olcsók. Itt egy kérdés, hogy mi az a passzív aluláteresztő szűrő?
