Pasyvus aukšto dažnio filtras

Anksčiau mes diskutavome apie pasyvų žemų dažnių filtrą, dabar atėjo laikas pažvelgti į pasyvaus aukšto dažnio filtrą.

Tas pats, kaip ir anksčiau, jei pažiūrėsite į pavadinimą, jis rodomas „Pasyvus“, „Aukštas“, „Praeiti“ ir „Filtras“. Taigi, kaip rodo pavadinimas, tai yra filtras, kuris blokuos žemus dažnius, bet perduos aukštą dažnį aukščiau iš anksto nustatytos vertės, kuri bus apskaičiuota pagal formulę.

Tai yra „pasyvus“, o tai reiškia, kad nėra išorinės galios, nėra įvesties signalo stiprinimo; grandinę atliksime naudodami „pasyvius“ komponentus, kuriems nereikia jokio išorinio maitinimo šaltinio. Pasyvieji komponentai yra tokie patys kaip žemo dažnio filtro, tačiau ryšio tvarka bus tiksliai pakeista. Pasyvūs komponentai yra rezistorius (R) ir

kondensatorius (C). Vėlgi, tai yra RC filtro konfigūracija.

Pažiūrėkime, kas nutiks, jei sukursime grandinę ir patikrinsime atsakymą arba „Bode Plot“…

Štai šio paveikslėlio grandinė:

Tai yra RC filtras. Paprastai įvesties signalas yra taikomas šiam serijos kartu su ne-poliarizuota kondensatorius ir rezistorius. Tai yra pirmos eilės filtras, nes grandinėje yra tik vienas reaktyvusis komponentas, kuris yra kondensatorius. Filtruota išvestis bus prieinama per rezistorių. Šio dueto derinys yra visiškai priešingas žemo dažnio filtrui. Jei palyginsime grandinę su žemo dažnio filtru, pamatysime, kad rezistoriaus ir kondensatoriaus padėtis yra keičiama.

Kaip veikia aukšto dažnio filtras?

Žemais dažniais kondensatoriaus reaktyvumas bus labai didelis, kad jis veiks kaip atvira grandinė ir blokuos įvesties signalą žemiau ribinio dažnio taško (fc). Bet kai ribinis dažnio taškas pasieks kondensatoriaus reaktyvumą, jis pradės mažėti ir leis signalui perduoti tiesiogiai. Tai išsamiai pamatysime dažnio atsako kreivėje.

Čia yra kreivė, kaip ji atrodo vienodai kondensatoriaus išėjime: -

Atsako dažnis ir ribinis dažnis

Tai yra pirmosios eilės aukšto dažnio filtro grandinės dažnio atsako kreivė.

f c Ar filtro ribinis dažnis. Tuo -3dB taško signalas leidžiama praeiti. Šis -3dB taip pat žymi ribinį dažnį. Nuo 10Hz iki ribinio dažnio signalui neleidžiama perduoti, nes dažnis yra žemas dažnis, šiuo metu tai yra stabdymo juostos dalis, kur signalui neleidžiama pereiti iš filtro, bet virš ribinio dažnio po -3dB dalis vadinama pralaidumo juostos padėtimi, kur leidžiama perduoti signalą. Kreivės nuolydis yra + 20dB per dešimtmetį. Lygiai priešingas žemo dažnio filtrui.

Pelno apskaičiavimo formulė yra tokia pati, kaip ir ankstesnėje pamokoje, pasyviame žemų dažnių filtre.

Pelnas (dB) = 20 log („Vout“ / „Vin“)

Po išjungimo signalo grandinės atsakai palaipsniui didėja iki Vin nuo 0 ir šis prieaugis vyksta + 20dB / dešimtmečio greičiu. Jei apskaičiuosime padidėjimą vienai oktavai, tai bus 6dB.

Ši dažnio atsako kreivė yra aukšto dažnio filtro Bode diagrama. Pasirinkę tinkamą kondensatorių ir tinkamą rezistorių, mes galime sustabdyti žemus dažnius, apriboti signalą, einantį per filtro schemą, nepaveikdami signalo, nes nėra aktyvaus atsako.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje yra žodis Bandwidth. Tai reiškia, po kokio dažnio signalas leis praeiti. Taigi, jei tai 600 kHz aukšto dažnio filtras, pralaidumas bus nuo 600 kHz iki begalybės. Kadangi tai leis perduoti visus signalus, viršijančius ribinį dažnį.

Ribiniu dažniu gausime -3dB padidėjimą. Tuo metu, jei palyginsime išėjimo signalo amplitudę su įėjimo signalu, pamatysime, kad išėjimo signalo amplitudė būtų 70,7% įvesties signalo. Taip pat esant -3dB padidėjimui, talpos reaktyvumas ir varža būtų vienodi. R = Xc.

Kokia yra ribinio dažnio formulė?

Ribinio dažnio formulė yra visiškai tokia pati, kaip ir žemo dažnio filtro.

f c = 1 / 2πRC

Taigi, R yra varža, o C - talpa. Jei pridėsime vertę, žinosime ribinį dažnį.

Išėjimo įtampos skaičiavimas

Pažiūrėkime pirmąjį vaizdą, schemą, kurioje naudojamas 1 rezistorius ir vienas kondensatorius, kad būtų sudarytas aukšto dažnio filtras arba RC grandinė.

Kai visoje grandinėje naudojamas nuolatinės srovės signalas, jo grandinės varža sukuria kritimą, kai teka srovė. Tačiau kintamosios srovės signalo atveju už įtampos kritimą, kuris matuojamas ir omais, yra atsakinga ne varža, o varža.

RC grandinėje yra du varžiniai dalykai. Vienas iš jų yra atsparumas, kitas - talpinis kondensatoriaus reaktyvumas. Taigi, pirmiausia turime išmatuoti kondensatoriaus talpinį reaktyvumą, nes jo reikės, norint apskaičiuoti grandinės impedanciją.

Pirmoji varžinė opozicija yra talpinis reaktyvumas, formulė yra: -

Xc = 1 / 2πfC

Formulės išvestis bus omais, nes omai yra talpinio reaktyvumo vienetas, nes tai yra opozicija - tai pasipriešinimas.

Antroji opozicija yra pats rezistorius. Rezistoriaus vertė taip pat yra varža.

Taigi, sujungdami šią dvi opozicijas, gausime bendrą varžą, kuri yra impedancija RC (kintamosios srovės signalo įvesties) grandinėje.

Varža reiškia Z

Formulė yra: -

Kaip jau aptarta žemame dažnyje, kondensatoriaus reaktyvumas yra per didelis, kad jis veikia kaip atvira grandinė, kondensatoriaus reaktyvumas yra begalinis žemu dažniu, todėl jis blokuoja signalą. Tuo metu išėjimo padidėjimas yra 0, o dėl bloko išėjimo įtampa išlieka 0, kol pasiekiamas ribinis dažnis.

Tačiau aukštu dažniu atsitiktų priešingai , kondensatoriaus reaktyvumas yra per mažas, kad jis veiktų kaip trumpasis jungimas, kondensatoriaus reaktyvumas yra 0 aukšto dažnio, taigi jis praleidžia signalą. Tuo metu išėjimo padidėjimas yra 1, tai yra „Vienybės padidėjimo“ situacija, o dėl vienybės padidėjimo išėjimo įtampa yra tokia pati kaip ir įėjimo įtampa pasiekus ribinį dažnį.

Pavyzdys su skaičiavimu

Kaip mes jau žinome, kas iš tikrųjų vyksta grandinės viduje ir kaip sužinoti vertę. Pasirinkime praktines vertybes.

Paimkime dažniausiai pasitaikančią rezistoriaus ir kondensatoriaus vertę - 330 k ir 100 pF. Mes pasirinkome vertę, nes ji yra plačiai prieinama ir ją lengviau apskaičiuoti.

Pažiūrėkime, koks bus ribinis dažnis ir kokia bus išėjimo įtampa.

Nutrauktas dažnis bus: -

Išsprendus šią lygtį, ribinis dažnis yra 4825Hz arba 4,825Khz.

Pažiūrėkime, ar tai tiesa, ar ne…

Tai pavyzdžio grandinė.

Kaip dažnio atsakas, aprašytas anksčiau, esant ribiniam dažniui, dB bus

-3dB, nepriklausomai nuo dažnių. Mes ieškos -3dB prie išėjimo signalo ir pamatyti, ar ji yra 4825Hz (4.825Khz), ar ne.

Štai dažnio atsakas: -

Nustatykime žymeklį -3dB ir pamatysime rezultatą.

Kaip matome dažnio atsaką (dar vadinamą „ Bode Plot“), mes nustatome žymeklį -3,03 dB ir gauname 4,814KHz pralaidumo dažnį.

Fazių poslinkis

Fazės kampas reiškia, kad φ (Phi) bus +45

Tai yra grandinės fazinis poslinkis, naudojamas kaip praktinis pavyzdys.

Sužinokime fazės poslinkio vertę esant ribiniam dažniui: -

Mes nustatėme žymeklį +45

Tai antros eilės aukšto dažnio filtras. Kondensatorius ir rezistorius yra pirmosios eilės, o KAPACITORIUS ir RESISTOR1 - antrosios eilės. Kaskados sudaromos antros eilės aukšto dažnio filtras.

Antrosios eilės filtro nuolydis yra 2 x + 20 dB / dešimtmetis arba + 40 dB (12 dB / oktava).

Čia yra atsako kreivė: -

Nuolydis yra + 20dB / Dešimtmetis, o raudonas - galutiniame išėjime, kurio nuolydis yra + 40dB / Dešimtmetis.

Tai apskaičiuos antrosios eilės aukšto dažnio grandinės ribinį dažnį.

Kaip ir žemo dažnio filtras, nėra taip gerai kaskaduoti du pasyvius aukšto dažnio filtrus, nes kiekvieno filtro eilės dinaminė varža veikia kitą tinklą toje pačioje grandinėje.

Programos

Žemo dažnio filtras yra plačiai naudojamas elektronikos grandinėse.

Čia yra keletas programų: -

Garso imtuvas ir ekvalaizeris
Muzikos valdymo sistema ir aukštų dažnių moduliacija.
Funkcijų generatorius
Katodinių spindulių televizija ir osciloskopas.
Kvadratinių bangų generatorius iš trikampės bangos.
Impulsų generatoriai.
„Ramp to Step“ generatoriai.