Passief hoogdoorlaatfilter

Eerder bespraken we passief laagdoorlaatfilter, nu is het tijd om inzicht te krijgen in passief hoogdoorlaatfilter.

Hetzelfde als voorheen, als je naar de naam kijkt, zie je "Passief", "Hoog", "Pass" en "Filter". Dus, zoals de naam doet vermoeden, is het een filter dat lage frequenties blokkeert, maar de hoge frequentie doorlaat boven de vooraf bepaalde waarde, die wordt berekend door de formule.

Het is "passief", wat betekent dat er geen externe stroomvoorziening is, geen versterking van het ingangssignaal; we zullen het circuit maken met "passieve" componenten die geen externe stroombron nodig hebben. De passieve componenten zijn hetzelfde als het laagdoorlaatfilter, maar de aansluitvolgorde wordt exact omgekeerd. De passieve componenten zijn Weerstand (R) en

Condensator (C). Nogmaals, het is een RC-filterconfiguratie.

Laten we eens kijken wat er gebeurt als we het circuit construeren en het antwoord of "Bode Plot" controleren…

Hier is het circuit in deze afbeelding:

Dit is een RC-filter. Over het algemeen wordt een ingangssignaal toegevoerd aan deze seriecombinatie van niet-gepolariseerde condensator en weerstand. Het is een filter van de eerste orde, aangezien er slechts één reactieve component in de schakeling is die condensator is. De gefilterde output is beschikbaar over de weerstand. De combinatie van dit duo is precies het tegenovergestelde van een laagdoorlaatfilter. Als we de schakeling vergelijken met het laagdoorlaatfilter, zullen we zien dat de positie van weerstand en condensator wordt verwisseld.

Hoe werkt het hoogdoorlaatfilter?

Bij lage frequenties zal de reactantie van de condensator erg groot zijn, zodat deze zich zal gedragen als een open circuit en het ingangssignaal onder het afsnijfrequentiepunt (fc) blokkeert. Maar wanneer het afsnijfrequentiepunt bereikt, zal de reactantie van de condensator beginnen te verminderen en het signaal direct laten passeren. We zullen dit in detail zien in de frequentieresponscurve.

Hier is de curve hoe het er hetzelfde uitziet aan de uitgang van de condensator: -

Frequentierespons en afsnijfrequentie

Dit is de frequentieresponscurve van dat hoogdoorlaatfiltercircuit van de eerste orde.

f c Is de afsnijfrequentie van het filter. Op -3dB punt mag het signaal passeren. Deze -3dB geeft ook de afsnijfrequentie aan. Van 10Hz tot de afsnijfrequentie mag het signaal niet passeren aangezien de frequentie laag is, op dit punt is het het stopbandgedeelte waar het signaal niet van het filter mag passeren maar boven de afsnijfrequentie na -3dB het gedeelte wordt de doorlaatbandpositie genoemd waar het signaal door mag. De helling van de curve is + 20dB per decennium. Precies het tegenovergestelde van laagdoorlaatfilter.

De formule voor het berekenen van de versterking is dezelfde als die we in onze vorige zelfstudie hebben gebruikt in een passief laagdoorlaatfilter.

Winst (dB) = 20 log (Vout / Vin)

Na het uitschakelsignaal nemen de reacties van het circuit geleidelijk toe tot Vin vanaf 0 en deze toename gebeurt met een snelheid van + 20dB / decennium. Als we de toename per octaaf berekenen , is dat 6dB.

Deze frequentieresponscurve is de basisplot van hoogdoorlaatfilter. Door de juiste condensator en de juiste weerstand te selecteren, kunnen we lage frequenties stoppen, het signaal dat door de filtercircuits gaat, beperken zonder het signaal te beïnvloeden, aangezien er geen actieve respons is.

In de bovenstaande afbeelding is er een woord Bandbreedte. Het geeft aan na welke frequentie het signaal zal passeren. Dus als het een 600 Khz hoogdoorlaatfilter is, dan zal de bandbreedte 600 Khz tot oneindig zijn. Omdat het alle signalen boven de afsnijfrequentie doorlaat.

Bij de afsnijfrequentie krijgen we -3dB winst. Als we op dat moment de amplitude van het uitgangssignaal vergelijken met het ingangssignaal, zullen we zien dat de amplitude van het uitgangssignaal 70,7% van het ingangssignaal zou zijn. Ook bij -3dB winst zouden de capacitieve reactantie en weerstand gelijk zijn. R = Xc.

Wat is de formule van de afsnijfrequentie?

De formule van de afsnijfrequentie is precies hetzelfde als die van een laagdoorlaatfilter.

f c = 1 / 2πRC

Dus R is weerstand en C is capaciteit. Als we de waarde invoeren, kennen we de afsnijfrequentie.

Berekening van de uitgangsspanning

Laten we de eerste afbeelding bekijken, het circuit waarbij 1 weerstand en een condensator worden gebruikt om een ​​hoogdoorlaatfilter of RC-circuit te vormen.

Wanneer een DC-signaal over het circuit wordt toegepast, is het de weerstand van het circuit die een daling veroorzaakt wanneer er stroom vloeit. Maar in het geval van een AC-signaal is het geen weerstand, maar impedantie is verantwoordelijk voor spanningsval, die ook in Ohm wordt gemeten.

In het RC-circuit zijn er twee resistieve dingen. De ene is weerstand en de andere is de capacitieve reactantie van de condensator. We moeten dus eerst de capacitieve reactantie van de condensator meten, omdat deze nodig is om de impedantie van het circuit te berekenen.

De eerste resistieve oppositie is capacitieve reactantie, de formule is: -

Xc = 1 / 2πfC

De output van de formule is in ohm, aangezien ohm de eenheid is van capacitieve reactantie omdat het een oppositie is, wat weerstand betekent.

De tweede oppositie is de weerstand zelf. Waarde van weerstand is ook een weerstand.

Dus door deze twee opposities te combineren, krijgen we de totale weerstand, wat de impedantie is in het RC-circuit (AC-signaalingang).

Impedantie geeft aan als Z

De formule is: -

Zoals eerder besproken in de lage frequentie is de reactantie van de condensator te hoog om als een open circuit te werken, de reactantie van de condensator is oneindig bij lage frequentie, dus het blokkeert het signaal. Uitgangsversterking is op dat moment 0 en vanwege het blok blijft de uitgangsspanning 0 totdat de afsnijfrequentie wordt bereikt.

Maar bij hoge frequentie gebeurt het tegenovergestelde: de reactantie van de condensator is te laag om als kortsluiting te fungeren, de reactantie van de condensator is 0 bij hoge frequentie, dus wordt het signaal doorgegeven. Uitgangsversterking is op dat moment 1, dat wil zeggen de situatie van eenheidsversterking en als gevolg van eenheidsversterking is de uitgangsspanning hetzelfde als de ingangsspanning nadat de afsnijfrequentie is bereikt.

Voorbeeld met berekening

Zoals we al weten wat er feitelijk in het circuit gebeurt en hoe we de waarde kunnen achterhalen. Laten we praktische waarden kiezen.

Laten we de meest voorkomende waarde in weerstand en condensator oppikken, 330k en 100pF. We hebben de waarde geselecteerd omdat deze algemeen verkrijgbaar is en gemakkelijker te berekenen is.

Laten we eens kijken wat de afsnijfrequentie zal zijn en wat de uitgangsspanning zal zijn.

Afsnijfrequentie zal zijn: -

Door deze vergelijking op te lossen is de afsnijfrequentie 4825Hz of 4.825Khz.

Laten we eens kijken of het waar is of niet…

Dit is de schakeling van het voorbeeld.

Zoals de eerder beschreven frequentierespons bij de afsnijfrequentie, zal de dB

-3dB zijn, ongeacht de frequenties. We zoeken -3dB bij het uitgangssignaal en kijken of het 4825Hz (4.825Khz) is of niet.

Hier is de frequentierespons: -

Laten we de cursor op -3dB zetten en het resultaat bekijken.

Zoals we de frequentierespons kunnen zien (ook wel Bode-plot genoemd), zetten we de cursor op -3,03dB en krijgen we een bandbreedtefrequentie van 4.814KHz.

Faseverschuiving

Phase Angle geeft aan dat φ (Phi) zal zijn aan de uitgang is +45

Dit is de faseverschuiving van het circuit, gebruikt als praktisch voorbeeld.

Laten we eens kijken naar de faseverschuivingswaarde bij de afsnijfrequentie: -

We zetten de cursor op +45

Dit is een tweede orde hoogdoorlaatfilter. CONDENSATOR en WEERSTAND is de eerste orde en CAPACITOR1 en WEERSTAND1 is de tweede orde. Samen vormen ze een tweede orde hoogdoorlaatfilter.

Tweede orde filter heeft een hellingrol van 2 x + 20dB / decennium of + 40dB (12dB / octaaf).

Hier is de responscurve: -

De helling is + 20dB / decennium en de rode bij de uiteindelijke uitvoer heeft een helling van + 40dB / decennium.

Dit berekent de afsnijfrequentie van het hoogdoorlaatcircuit van de tweede orde.

Net als bij een laagdoorlaatfilter is het niet zo goed om twee passieve hoogdoorlaatfilters in cascade te plaatsen, aangezien de dynamische impedantie van elke filtervolgorde een effect heeft op een ander netwerk in hetzelfde circuit.

Toepassingen

Laagdoorlaatfilter wordt veel gebruikt in elektronica.

Hier zijn enkele toepassingen: -

1. Audio-ontvanger en equalizer
2. Muziekcontrolesysteem en hoge frequentiemodulatie.
3. Functiegenerator
4. Cathode Ray-televisie en oscilloscoop.
5. Square Wave Generator van Triangular wave.
6. Pulsgeneratoren.
7. Ramp to Step-generatoren.