A filtre de pas alt és un filtre electrònic que permet senyals amb una freqüència superior a una determinada freqüència de tall i atenua els senyals amb freqüències inferiors a aquesta freqüència de tall. Aquest filtre és invers al filtre de pas baix i també es coneix com HPF, filtre de tall de baix o filtre de tall baix. La combinació de filtre de pas baix i el filtre de pas alt es coneix com a filtre de pas de banda que només permet freqüències en un rang específic. Hi ha diferents tipus de filtres de pas alt basats en el disseny del circuit, així com en components utilitzats per dissenyar un filtre com; filtre actiu de pas alt, HPF passiu, RC HPF, HPF de primer ordre, HPF de segon ordre, Butterworth , Chebyshev i filtres de pas alt Bessel. Aquest article explica breument un filtre passiu alt, el seu circuit, funcionament, tipus i aplicacions.
Què és un filtre passiu alt?
Un tipus de filtre electrònic que s'utilitza per permetre que els senyals d'alta freqüència només passin mentre bloqueja els senyals de baixa freqüència es coneix com a filtre passiu de pas alt. Aquest filtre també es coneix com a filtre passiu perquè no necessita una font d'alimentació exterior per funcionar i també depèn exclusivament de l'energia del senyal entrant.
Aquest filtre està dissenyat amb components passius com; resistències, inductors i condensadors. Aquests valors de components simplement decideixen la freqüència de tall del filtre, on aquesta freqüència està per sota dels senyals bloquejats o atenuats.
Circuit de filtre passiu alt
A continuació es mostra el circuit de disseny passiu del filtre de pas alt que utilitza una resistència i un condensador. Aquest circuit és similar al LPF passiu, però la resistència i el condensador simplement s'intercanvien dins del circuit. El condensador d'un circuit de filtre de pas alt passiu està connectat simplement en sèrie per la resistència. En general, quan es proporciona un senyal d'entrada a la combinació en sèrie d'un condensador i una resistència no polaritzats, la sortida filtrada està disponible o es dibuixa a través de la resistència.
Aquest filtre simplement permet les freqüències més altes i bloqueja els senyals de freqüència més baixa. El valor de la freqüència de tall depèn principalment dels valors dels components seleccionats per al disseny del circuit. Aquests filtres tenen diverses aplicacions en un rang d'alta freqüència de 10 MHz. A causa de l'intercanvi de components dins d'aquest circuit, les respostes del condensador lliurat canviaran, que són exactament oposades a la resposta del filtre de pas baix.
El condensador d'aquest circuit a les freqüències baixes funciona com un circuit obert i a freqüències més altes; actua com un curtcircuit. En aquest circuit, el condensador bloqueja les freqüències més baixes que entren al condensador a causa de la reactància capacitiva del condensador.
El condensador s'oposa a una certa quantitat de corrent en aquest circuit per unir-se al rang de capacitat del condensador. Així, el condensador després de la freqüència de tall permet totes les freqüències a causa del valor de reducció de la reactància capacitiva. Així, això fa que aquest circuit de filtre passi tot el senyal d'entrada a la sortida sempre que la freqüència del senyal d'entrada sigui més alta en comparació amb la freqüència de tall 'fc'.
El valor de la reactància augmenta a freqüències més baixes, i la capacitat de resistir el flux de corrent per tot el condensador augmenta. La banda de freqüència sota la freqüència de tall s'anomena 'banda de parada' i la banda de freqüència després de la freqüència de tall s'anomena 'banda de pas'.
Freqüència de tall
A continuació es mostra la fórmula per a la freqüència de tall per al filtre passiu alt. Aquesta fórmula és similar al filtre de pas baix.
Fc = 1 / 2πRC
On és la 'R'. resistència & 'C' és la capacitat.
Angle de fase del filtre passiu de pas alt
L'angle de fase de l'HPF passiu es denota amb φ (Phi) que serà de +45 a la sortida a partir del senyal i/p a -3dB (o) freqüència de tall.
Segons la resposta de freqüència del filtre, passa tots els senyals per sobre de la freqüència de tall fins a l'infinit. La fórmula de canvi de fase no és semblant a un filtre de pas baix perquè, en aquest filtre, la fase esdevindrà negativa, encara que en HPF és un canvi de fase positiu, per tant la fórmula de l'angle de fase és;
Desplaçament de fase (φ) = arctan (1/2πfRC)
Constant de temps
El condensador del circuit obté un efecte de càrrega i descàrrega a partir de les freqüències del senyal d'entrada es coneix com a constant de temps que es denota amb τ (Tau). La constant de temps també està relacionada amb la freqüència de tall.
τ = RC = 1 / 2πfc
De vegades, sempre que tenim el valor de la constant de temps, hem de conèixer la freqüència de tall, així que canviant la fórmula podem obtenir l'equació següent.
fc = 1 / 2πRC
Sabem que τ = RC
Per tant, l'equació anterior es convertirà en fc = 1 / 2πτ.
Exemple
A continuació es mostra el circuit de filtre de pas alt actiu que utilitza una resistència de 330 k i un condensador de 100 pF. Calcula la freqüència de tall.
La fórmula per calcular la freqüència de tall es mostra a continuació.
Freqüència de tall fc = 1/2πfC
Sabem que els valors de la resistència 330k i el condensador de 100pF, substituïu aquests valors a l'equació anterior.
Freqüència de tall fc = 1/2 x 3,14 x 330000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825 Hz (o) 4,825 Khz.
Funció de transferència de filtre passiu alt
La funció de transferència explica la relació principal entre els senyals d'entrada i sortida del filtre passiu de pas alt. Per tant, la funció de transferència del càlcul passiu de HPF es discuteix a continuació.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Vo = IS
dv/dv
IR/ I (R + 1/jωC)
Vo/ Vin = RjωC / R jωC + 1)
Prengui RC = 1/ωC
Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/ Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
L'equació anterior és una funció de transferència passiva de filtre de pas alt. Per tant, el guany de tensió a cada valor 'ω' d'un filtre es pot mesurar amb l'equació anterior.
Tipus de filtres passius de pas alt
Hi ha dos tipus de filtres passi alts passius; HPF passiu de primer ordre i HPF passiu de segon ordre que es comenten a continuació.
HPF passiu de primer ordre
A continuació es mostra el circuit de filtre de pas alt passiu de primer ordre. Aquest circuit es pot dissenyar amb només un component reactiu amb una resistència. Aquest circuit de filtre bloqueja els senyals de baixa freqüència però permet els senyals d'alta freqüència per sobre del valor establert. Aquest circuit utilitza components passius i no necessita cap font d'alimentació externa. Sempre que es proporcioni un senyal d'entrada a aquesta combinació en sèrie de condensador i resistència, la sortida filtrada s'obtindrà a través de la resistència.
La fórmula de freqüència de tall per a HPS passiu de primer ordre és la mateixa que el filtre passiu de pas baix que es mostra a continuació.
fc = 1 / 2πRC
HPF passiu de segon ordre
A continuació es mostra el circuit de filtre de pas alt passiu de segon ordre. Aquest circuit de filtre està dissenyat posant en cascada dos HPF de primer ordre. Aquest circuit utilitza dos components reactius dos condensadors i dues resistències que fan que el circuit de filtre sigui de segon ordre. Per tant, aquest rendiment de filtre de dues etapes és equivalent a un filtre d'una sola etapa, tot i que el pendent d'aquest filtre es pot obtenir a -40 dB/ dècada a causa de la variació dins de la freqüència de tall.
Aquest filtre és molt eficient en comparació amb un filtre d'una sola etapa perquè inclou dos punts d'emmagatzematge. Per tant, la freqüència de tall d'un filtre de dues etapes depèn principalment dels dos condensadors i dos resistències valors que es donen com;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz
Aplicacions
El aplicacions dels filtres passius de pas alt incloure el següent.
- Un filtre de pas alt passiu és un filtre que bloquejarà les freqüències baixes, però passa l'alta freqüència per sobre del valor predeterminat.
- Els filtres passius de pas alt s'utilitzen en equalitzadors i receptors d'àudio.
- S'utilitzen en sistemes de control de música i modulació de freqüència .
- S'utilitzen en generadors de funcions, generadors d'impulsos, generadors de rampa a pas, CRO, CRT, etc.
- Aquests filtres s'utilitzen normalment en el processament d'àudio per eliminar el soroll de baixa freqüència dels amplificadors d'àudio sempre que es requereixin freqüències màximes.
- Aquests filtres s'utilitzen freqüentment en els HPF per millorar les vores, així com altres components de freqüència més alta dins d'imatges digitals.
- S'utilitzen en diferents aplicacions industrials i també científiques com; anàlisi sísmica, i sistemes de radar i dins de l'àmbit biomèdic per comprendre els ECG.
- Aquests tipus de filtres són eines crucials dins de l'electrònica i el processament del senyal per permetre que els senyals d'alta freqüència permetin i bloquegin els senyals basats en baixa freqüència.
Per tant, aquesta és una visió general d'un passiu filtre de pas alt, circuits, funcionament , tipus i les seves aplicacions. Un circuit de filtre està dissenyat només amb components passius com; resistència i condensador. Aquests filtres no requereixen cap font exterior, de manera que no tenen guany, la qual cosa significa que l'amplitud del senyal de sortida és equivalent sempre o per sota de l'amplitud del senyal d'entrada. Aquests dissenys de filtres són extremadament senzills i els components utilitzats per fer aquests filtres també són molt econòmics. Aquí teniu una pregunta: què és un filtre passiu de pas baix?
