Apa itu High Pass Filter: Bekerja & Aplikasinya

Penapis adalah litar elektronik yang membolehkan komponen frekuensi tertentu dan melemahkan komponen frekuensi yang tidak diingini dari isyarat input. Ini terdapat dalam pelbagai aplikasi elektronik untuk membolehkan jarak frekuensi tertentu dari isyarat. Pada dasarnya, penapis dibahagikan kepada dua jenis berdasarkan jenis komponen yang digunakan dalam reka bentuk dan operasi. Ia adalah penapis pasif dan penapis Aktif. Bergantung pada jarak frekuensi, penapis dikategorikan kepada 4 jenis. Ia adalah Penapis Lulus Rendah, Penapis Lulus Tinggi, Penapis Lulus Band, dan Penapis Henti Band. Artikel ini menerangkan Penapis Lulus Tinggi, yang boleh digunakan sebagai penapis aktif dan penapis pasif. Apa itu Penapis Lulus Tinggi? Penapis mempunyai keupayaan untuk membenarkan komponen frekuensi tinggi suatu isyarat dan melemahkan semua komponen frekuensi rendah dari isyarat, dikenali sebagai High Pass Filter. Ia dapat membenarkan komponen frekuensi tinggi lebih besar daripada frekuensi pemotongan dan menolak semua komponen frekuensi lain yang tidak diingini dari suatu isyarat. Jenis penapis ini terdapat dalam pelbagai rangkaian RF dan sistem pemprosesan isyarat. Dalam praktiknya, penapis ini akan membenarkan frekuensi isyarat yang lebih rendah, yang lebih rendah daripada frekuensi pemotongan. Litar Penapis Lulus Tinggi Litar ini sama dengan litar penuras lulus rendah, kecuali bahawa perintang komponen dan kapasitor ditukar seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.Litar Penapis Lulus Tinggi Dua perintang elemen dan kapasitor disambungkan dalam kombinasi siri untuk membolehkan frekuensi lebih tinggi daripada frekuensi pemotongan isyarat. Voltan keluaran isyarat diperoleh melintasi perintang dengan menggunakan voltan masukan di seluruh kapasitor. Jenis penapis ini berada di bawah litar penapis lulus tinggi pesanan pertama. HPF pesanan kedua tidak lain hanyalah rangkaian dua litar penapis lulus tinggi RC secara bersiri. Peningkatan keuntungan jalur pas dalam HPF urutan kedua akan berada pada kadar + 40dB / dekad. Pasif RC HPC Litar penapis pas tinggi RC pasif boleh direka dalam dua kombinasi seperti perintang dan kapasitor (pasif RC HPF); perintang dan induktor (pasif RL HPF) berdasarkan aplikasi. RC HPF pasif digunakan untuk aplikasi pada jarak audio atau frekuensi rendah. Litar HPF pasif RL digunakan untuk aplikasi pada jarak RF atau frekuensi tinggi. Litar penapis lulus tinggi juga disebut penapis lulus tinggi pasif RC kerana penggunaan elemen pasif seperti perintang dan kapasitor. Kelebihan utamanya ialah, tidak perlu menggunakan bekalan kuasa luaran atau komponen penguat. RC HPF pasif adalah litar RC HPF sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Kapasitor dan perintang dihubungkan secara bersiri di mana voltan keluaran dikembangkan melintasi perintang. Oleh kerana reaktansi kapasitor, penapis hanya membenarkan frekuensi tinggi isyarat lebih besar daripada frekuensi pemotongan dan menyekat frekuensi rendah isyarat di bawah frekuensi pemotongan. Ciri-ciri penapis lulus tinggi ini dijelaskan dari segi tindak balas frekuensi dan peralihan fasa isyarat output. Ciri-ciri Ideal Ciri utama HPF adalah, ia membenarkan semua komponen frekuensi tinggi lebih besar daripada frekuensi pemotongan dan mengurangkan semua frekuensi rendah isyarat, yang lebih rendah daripada frekuensi pemotongan. Ciri-ciri ideal HPF ditunjukkan di bawah. Jalur laluan disebut sebagai HPF membenarkan frekuensi yang lebih tinggi daripada frekuensi pemotongan. Penapis ini mengurangkan frekuensi rendah, yang disebut sebagai stopband.Ciri-ciri Ideal Penapis Lulus TinggiFrekuensi FrekuensiKekerapan isyarat output berkadar terus dengan keuntungan. Apabila frekuensi meningkat, keuntungan bertambah. Tindak balas frekuensi penapis lulus tinggi RC bergantung pada reaktansi kapasitor. Kapasitor menghasilkan jumlah reaktansi atau reaktansi tinggi yang diperlukan untuk mengurangkan frekuensi rendah isyarat, iaitu di bawah frekuensi pemotongan. Pada reaktansi rendah kapasitor, penapis lulus tinggi RC membenarkan komponen frekuensi tinggi suatu isyarat, lebih besar daripada frekuensi pemotongan. Tetapi, secara praktikal, penapis lulus tinggi RC membenarkan frekuensi rendah di bawah frekuensi pemotongannya. Keuntungan penapis lulus tinggi RC menjadi kesatuan apabila reaktansi rendah / sifar pada frekuensi tinggi. Iaitu voltan output sama dengan voltan input yang diberikan. Untuk membenarkan frekuensi tinggi dan menolak frekuensi rendah, reaktansi kapasitif menurun dengan peningkatan frekuensi, yang mengakibatkan peningkatan voltan output dan kenaikan. Reaktansi kapasitif diberikan sebagai, Xc = 1 / 2πfc Di mana 'fc' = frekuensi pemotongan dalam Hz'Xc '= reaktansi kapasitif Tindak balas frekuensi dan pergeseran fasa penapis lulus tinggi RC ditunjukkan di bawah.Karakteristik HPF RC Dari gambar, kita dapat melihat bahawa frekuensi rendah disekat / ditolak dan meningkatkan voltan output sebanyak + 20dB / dekad ketika frekuensi berada pada frekuensi pemotongan dan R = Xc. Penapis lulus tinggi RC membenarkan frekuensi tinggi (dari frekuensi pemotongan hingga tak terhingga) apabila voltan keluaran adalah 0.7071 atau 70.71% dari voltan masukannya iaitu, pada tahap input dan output -3dB (dengan mengira 20 log Vout / Vin). Ini bermaksud tindak balas frekuensi HPF adalah, isyarat frekuensi tinggi dibenarkan dari frekuensi pemotongan hingga tak terhingga. Pada frekuensi pemotongan, peralihan fasa isyarat input dan isyarat output adalah sama iaitu pada 45 °. Apabila frekuensi isyarat lebih besar daripada frekuensi pemotongan, sudut fasa adalah Nol. Ini bermaksud isyarat output berada dalam fasa berkenaan dengan isyarat masukan pada frekuensi tinggi. Masa yang diambil untuk mengecas dan melepaskan kapasitor dinyatakan dalam bentuk pemalar masa, dilambangkan dengan 'τ'. Pemalar masa bagi penapis lulus tinggi RC diberi asτ = RC = 1 / 2πfcω = 1 / τ = 1 / RC Frekuensi pemotongan RC HPF diberikan sebagai, fc = 1 / 2πRC Peralihan fasa RC HPF adalah diberikan sebagaiΦ = tan-1 (1 / 2πfRC) Di mana 'fc' = frekuensi pemotongan dalam Hz'f '= frekuensi operasi dalam Hz'R' = nilai rintangan dalam ohms'C '= nilai kapasitor di FaradsHigh Pass Penapis menggunakan Op-Amp Penapis lulus tinggi menggunakan op-amp sangat mudah untuk mereka bentuk dan dilaksanakan kerana menggunakan no terhad. komponen elektronik dan menghilangkan bunyi dan dengung. Gambarajah litar penapis lulus tinggi menggunakan op-amp ditunjukkan di bawah. RC HPF pasif disambungkan ke op-amp bukan pembalik untuk penguatan dan kawalan voltan.Penapis Lulus Tinggi menggunakan Op-Amp Output dibatasi oleh ciri gelung terbuka op-amp. Output RC HPF diterapkan pada op-amp untuk penguatan dan kawalan kenaikan voltan dari isyarat output. Keuntungan voltan penapis lulus tinggi menggunakan Op-amp diberikan sebagaiAᵥ = Vout / Vin = Af (f / fc) / √ (1+ (f / fc) 2) Di mana Av = kenaikan voltan dalam dB = 1 + R2 / R1Af = gainband passfc = frekuensi pemotongan dalam Hzf = frekuensi operasi dalam Hz Ketika f <fc (frekuensi rendah) , kemudian Vout / Vin <AfWhen f = fc (pada frekuensi cut-off), kemudian Vout / Vin = Af / 2 ^ ½ = 0.7071AfApabila f> fc (frekuensi tinggi), maka Vout / Vin = Af Lebar lebar gelung tertutup Op-amp menentukan frekuensi tertinggi HPF, yang mempunyai keuntungan jalur lebar tetap Af. Besarnya kenaikan voltan diberikan sebagaiAv (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Penapis Lulus Tinggi Aktif Sekiranya penapis lulus tinggi RC disambungkan ke elemen aktif seperti op-amp untuk membenarkan frekuensi tinggi dan menolak frekuensi rendah, maka ia dipanggil HPF aktif. Tindak balas frekuensi dan peralihan fasa HPF aktif adalah sama dengan RC HPF. Tujuan penapis lulus tinggi aktif adalah untuk mengawal kenaikan voltan dan menguatkan isyarat output. Gambarajah litar penapis lulus tinggi aktif untuk penguat ditunjukkan di bawah.HPF Aktif untuk Amplifikasi Litar RC HPF disambungkan ke op-amp yang tidak terbalik. Output dan frekuensi pemotongan penapis pas tinggi tinggi dikawal oleh op-amp. Di mana lebar jalur dan ciri keuntungan op-amp menentukan frekuensi pemotongan. Penapis jenis ini berfungsi sebagai penapis jalur lebar. Op-amp meningkatkan amplitud isyarat output dan keuntungan voltan keluaran jalur lebar diberikan sebagai 1 + R2 / R1, yang sama dengan penapis lulus rendah. Fungsi Pemindahan Untuk mendapatkan fungsi pemindahan penapis lulus tinggi, kami akan pertimbangkan litar RCFF pasif seperti yang ditunjukkan di atas. Dari litar di atas, Vo = voltan keluaran melintasi perintang Vᵢ (s) H (s) = R / (R + (1 / sC)) Persamaan di atas menjadi, H (s) = sCR / (1 + sCR) Dengan menggantikan s = jw dalam persamaan di atasH (jω) = jωCR / (1 + jωCR) Kemudian persamaan itu menjadi Besarnya fungsi pemindahan HPF ditunjukkan sebagai | H (jω) | = ωCR / √ (1+ (ωCR) ^ 2) Jika ω = 0, maka fungsi pemindahan HPF = 0Jika ω = 1 / CR, maka fungsi pemindahan HPF = 0.707Jika ω = tak terhingga, maka fungsi pemindahan HPF = 1 Oleh itu ciri fungsi pemindahan di atas menunjukkan bahawa penapis lulus tinggi pasif RC dapat membenarkan frekuensi tinggi dari frekuensi terputus ke i kekemasan. iaitu, bervariasi dari 0 hingga 1 jika ω bervariasi dari 0 hingga tak terhingga.Butterworth HPF Penapis lulus tinggi Butterworth adalah salah satu jenis HPF, yang memberikan tindak balas frekuensi rata di jalur laluan. Oleh kerana tindak balas frekuensi rata, tidak akan ada riak. Ia juga dikenali sebagai penapis rata-rata, digunakan dalam pelbagai aplikasi di mana gelung tertutup memperoleh jalur kesatuan. Gambarajah litar dan tindak balas frekuensi penapis lulus tinggi Butterworth pesanan pertama ditunjukkan di bawah. Ini sangat mudah, dan ringkas untuk direka.Butterworth HPF Keuntungan meningkat pada kadar + 20dB / dekad untuk pesanan pertama Butterworth HPF dan sementara untuk Butterworth HPF pesanan kedua, ia akan menjadi + 40dB / dekad.Karakteristik HPF ButterworthAplikasi Aplikasi penapis lulus tinggi adalah Pembesar suara untuk menguatkan isyarat Pemprosesan gambar Digunakan untuk menguatkan arus DC dan untuk gandingan AC Sistem kawalan dan sistem pemprosesan audio. Splitter DSL di telefon Aplikasi RF Oleh itu, ini adalah mengenai gambaran keseluruhan penapis lulus tinggi (jenis aktif dan pasif) - definisi, litar, Butterworth HPF, HPF menggunakan Op-amp, dan aplikasinya. Berikut adalah pertanyaan untuk Anda, "Apa kelebihan dan kekurangan High Pass Filter?"

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej