Passzív felüláteresztő szűrő

Korábban megvitattuk a passzív aluláteresztő szűrőt, most itt az ideje, hogy betekintést nyerjünk a passzív aluláteresztő szűrőbe.

Ugyanaz, mint korábban, ha megnézzük a nevet, akkor az „Passzív”, „Magas”, „Passz” és „Szűrő”. Tehát, amint a neve is sugallja, ez egy olyan szűrő, amely blokkolja az Alacsony frekvenciákat, de a magas frekvenciát az előre meghatározott érték fölé adja, amelyet a képlet kiszámít.

Ez „passzív”, ami azt jelenti, nem kell külső tápellátást, nem történt amplifikáció, a bemeneti jel; az áramkört „passzív” komponensekkel fogjuk megépíteni, amelyekhez nincs szükség külső áramforrásra. A passzív alkatrészek megegyeznek az aluláteresztő szűrővel, de a csatlakozási sorrend pontosan megfordul. A passzív komponensek az ellenállás (R) és a

kondenzátor (C). Ez megint egy RC szűrő konfiguráció.

Lássuk, mi történik, ha elkészítjük az áramkört és ellenőrizzük a választ vagy a „Bode Plot” -t…

A képen látható áramkör:

Ez egy RC szűrő. Általában bemeneti jelet adunk a nem polarizált kondenzátor és az ellenállás ilyen sorozatú kombinációjára. Ez egy elsőrendű szűrő, mivel az áramkörben csak egy reaktív komponens van, amely kondenzátor. A szűrt kimenet az ellenálláson keresztül elérhető lesz. Ennek a duónak a kombinációja pontosan ellentétes az aluláteresztő szűrővel. Ha összehasonlítjuk az áramkört az aluláteresztő szűrővel, látni fogjuk, hogy az ellenállás és a kondenzátor helyzete felcserélődik.

Hogyan működik a High Pass szűrő?

Alacsony frekvenciákon a kondenzátor reaktanciája nagyon nagy lesz, így nyitott áramkörként fog működni, és blokkolja a bemeneti jelet a cut-off frekvenciapont (fc) alatt. De amikor a határérték elérte a határértéket, a kondenzátor reaktanciája csökkenni kezd, és lehetővé teszi a jel közvetlen áthaladását. Ezt részletesen meglátjuk a frekvencia-válasz görbén.

Itt van a görbe, hogy hasonlít a kondenzátor kimenetére: -

Frekvenciaválasz és kikapcsolási frekvencia

Ez az első rendű felüláteresztő szűrő áramkör frekvencia-válasz görbéje.

f c A szűrő vágási frekvenciája. Abban -3dB pont a jel áthaladhat. Ez a -3dB a határértéket is jelöli. 10Hz-től a cut-off frekvenciáig a jel nem enged átmenni, mivel a frekvencia alacsony frekvencia, ezen a ponton ez az a leállítási sáv rész, ahol a jel nem engedhető át a szűrőből, hanem a határérték felett -3dB a részt áthaladó sáv pozíciónak nevezzük, ahol a jel átengedhető. A görbe meredeksége + 20dB évtizedenként. Pontosan szemben az aluláteresztő szűrővel.

A nyereség kiszámításának képlete megegyezik az előző oktatóanyagunkban használt passzív aluláteresztő szűrőben alkalmazott képlettel.

Nyereség (dB) = 20 log (Vout / Vin)

A kikapcsolási jel után az áramkör válaszai fokozatosan 0-ra nőnek Vin értékre, és ez a növekedés + 20dB / évtized sebességgel történik. Ha kiszámítjuk az oktávonkénti növekedést, 6dB lesz.

Ez a frekvencia-válaszgörbe a Bode-diagram a felüláteresztő szűrő. Megfelelő kondenzátor és megfelelő ellenállás kiválasztásával leállíthatjuk az alacsony frekvenciákat, korlátozhatjuk a szűrő áramkörön áthaladó jelet anélkül, hogy befolyásolnánk a jelet, mivel nincs aktív válasz.

A fenti képen van egy sávszélesség szó. Jelzi, hogy a jel milyen frekvencián engedi át. Tehát, ha 600 kHz-es felüláteresztő szűrőről van szó, akkor a sávszélesség 600 kHz-től a végtelenig lesz. Mivel ez lehetővé teszi az összes jel átadását a határérték felett.

A határértéknél -3dB nyereséget kapunk. Ezen a ponton, ha összehasonlítjuk a kimeneti jel amplitúdóját a bemenő jellel, akkor látni fogjuk, hogy a kimenő jel amplitúdója a bemenő jel 70,7% -a lenne. A -3dB nyereségben is egyenlő lenne a kapacitív reaktancia és az ellenállás. R = Xc.

Mi a levágási gyakoriság képlete?

A cut-off frekvencia képlete pontosan megegyezik az aluláteresztő szűrővel.

f c = 1 / 2πRC

Tehát R jelentése ellenállás, C pedig kapacitás. Ha beírjuk az értéket, akkor tudjuk a határértéket.

Kimeneti feszültség kiszámítása

Lássuk az első képet, azt az áramkört, ahol 1 ellenállást és egy kondenzátort használunk egy áteresztő szűrő vagy RC áramkör kialakításához.

Ha az egyenáramú jelet az áramkörön keresztül viszik be, akkor az áramkör ellenállása, amely esést okoz, amikor áram folyik. Ám váltakozó áramú jel esetén nem ellenállás, hanem impedancia felelős a feszültségesésért, amely Ohm-ban is mérhető.

Az RC áramkörben két ellenállási dolog van. Az egyik az ellenállás, a másik pedig a kondenzátor kapacitív reaktanciája. Tehát először meg kell mérnünk a kondenzátor kapacitív reaktanciáját, mivel ez az áramkör impedanciájának kiszámításához szükséges.

Az első rezisztív ellenzék a kapacitív reaktancia, a képlet: -

Xc = 1 / 2πfC

A képlet kimenete Ohm-ban lesz, mivel Ohms a kapacitív reaktancia mértékegysége, mert ez egy ellenzék Ellenállást jelent.

A második ellenzék maga az ellenállás. Az ellenállás értéke szintén ellenállás.

Tehát a két ellenzék kombinálásával megkapjuk a teljes ellenállást, amely az impedancia az RC (AC jel bemenet) áramkörben.

Az impedancia jelölése Z

A képlet:

Amint azt az alacsony frekvencián korábban említettük, a kondenzátor reaktanciája túl magas ahhoz, hogy nyitott áramkörként működjön, a kondenzátor reaktanciája alacsony frekvencián végtelen , így blokkolja a jelet. A kimeneti erősítés abban az időben 0, és a blokk miatt a kimeneti feszültség 0 marad a határérték eléréséig.

De Nagyfrekvenciás az ellenkezője történik a reaktancia a kondenzátor túl alacsony, hogy jár, mint egy rövidzárlat, a reaktancia a kondenzátor értéke 0 nagyfrekvenciás így adja át a jelet. A kimeneti nyereség abban az időben 1, vagyis az egységerősítési helyzet, és az egységnövekedés miatt a kimeneti feszültség megegyezik a bemeneti feszültséggel a határérték elérése után.

Példa a számítással

Mint már tudjuk, mi történik valójában az áramkörön belül, és hogyan lehet megtudni az értéket. Válasszunk gyakorlati értékeket.

Vegyük fel az ellenállás és kondenzátor leggyakoribb értékét, 330k és 100pF. Kiválasztottuk az értéket, mivel széles körben elérhető és könnyebb kiszámítani.

Lássuk, mi lesz a határérték és mi lesz a kimeneti feszültség.

A vágási gyakoriság a következő lesz: -

Ezen egyenlet megoldásával a határérték 4825Hz vagy 4,825Khz.

Lássuk, igaz-e vagy sem…

Ez a példa áramköre.

A korábban leírt frekvenciaválaszként a határértéknél a dB

-3dB lesz, függetlenül a frekvenciáktól. Megkeressük a -3dB- t a kimeneti jelnél, és megnézzük, hogy 4825Hz (4.825Khz) vagy sem.

Itt van a frekvencia válasz: -

Állítsuk a kurzort -3dB-re, és nézzük meg az eredményt.

Amint láthatjuk a Frekvencia választ (más néven Bode Plotként), a kurzort -3,03dB-ra állítjuk, és 4,814KHz sávszélesség-frekvenciát kapunk.

Fázis késés

A fázisszög jelentése: φ (Phi) lesz a kimeneten +45

Ez az áramkör fáziseltolódása, amelyet gyakorlati példaként használunk.

Megtudhatjuk a fáziseltolás értékét cut-off frekvencián: -

A kurzort +45-re állítottuk

Ez egy másodrendű felüláteresztő szűrő. A KAPCSOLÓ és az ELLENÁLLÓ az első rend, a KAPCSOLÓ1 és az ELLENÁLLÓ1 pedig másodrendű. Lépcsőzetesen egy második rendű felüláteresztő szűrőt alkotnak.

A másodrendű szűrő meredeksége 2x + 20dB / évtized vagy + 40dB (12dB / oktáv).

Itt van a válaszgörbe: -

A meredekség + 20dB / Évtized, a piros pedig a végső kimenetnél, amelynek lejtése + 40dB / Évtized.

Ez kiszámítja a másodrendű felüláteresztő áramkör határértékét.

Csakúgy, mint az aluláteresztő szűrő, nem is olyan jó két passzív felső áteresztő szűrőt kaszkádba hozni, mivel az egyes szűrőrendszerek dinamikus impedanciája hatással van a többi hálózatra ugyanabban az áramkörben.

Alkalmazások

Az aluláteresztő szűrőt széles körben használják az elektronikában.

Íme néhány alkalmazás: -

1. Audio vevő és hangszínszabályzó
2. Zenevezérlő rendszer és Treble frekvencia moduláció.
3. Funkciógenerátor
4. Katódsugaras televízió és oszcilloszkóp.
5. Szögletes hullám generátor háromszög hullámból.
6. Pulzusgenerátorok.
7. Ramp to Step Generátorok.