Mikä on ylipäästösuodatin: Toiminta ja sen sovellukset

Suodattimet ovat elektronisia piirejä, jotka sallivat tietyt taajuuskomponentit ja vaimentavat tulosignaalin ei-toivottuja taajuuskomponentteja. Näitä löytyy erilaisista elektronisista sovelluksista signaalin tietyn taajuusalueen sallimiseksi. Pohjimmiltaan suodattimet jaetaan kahteen tyyppiin suunnittelussa ja käytössä käytettyjen komponenttien tyypin mukaan. Ne ovat passiivisia ja aktiivisia suodattimia. Taajuusalueesta riippuen suodattimet on jaettu neljään tyyppiin. Ne ovat alipäästösuodattimia, ylipäästösuodattimia, kaistanpäästösuodattimia ja kaistanestosuodattimia. Tässä artikkelissa kuvataan ylipäästösuodatin, jota voidaan käyttää sekä aktiivisena suodattimena että passiivisena suodattimena. Mikä on ylipäästösuodatin? signaali, joka tunnetaan nimellä High Pass Filter. Se voi sallia korkeataajuiset komponentit suuremman kuin rajataajuus ja hylkää kaikki muut signaalin ei-toivotut taajuuskomponentit. Tämäntyyppisiä suodattimia löytyy erilaisista RF -piireistä ja signaalinkäsittelyjärjestelmistä. Käytännössä tämä suodatin sallii signaalin alemmat taajuudet, jotka ovat alhaisemmat kuin rajataajuus. Ylipäästösuodatinpiiri Tämä piiri on sama kuin alipäästösuodatinpiiri, paitsi että komponenttivastus ja kondensaattori vaihdetaan keskenään alla olevan kuvan mukaisesti.Ylipäästösuodatinpiiri Kaksi passiivielementin vastusta ja kondensaattoria on kytketty sarjaan, jotta taajuudet ovat korkeammat kuin signaalin katkaisutaajuus. Signaalin lähtöjännite saadaan vastuksen poikki syöttämällä syöttöjännitettä kondensaattorin poikki. Tämän tyyppinen suodatin kuuluu ensimmäisen kertaluvun ylipäästösuodatinpiiriin. Toisen asteen HPF ei ole muuta kuin kahden RC-ylipäästösuodatinpiirin sarja. Toisen asteen HPF: n päästökaistan vahvistuksen kasvu on +40 dB/vuosikymmen. vastuksen ja induktorin (passiivinen RL HPF) sovellukseen perustuen. Passiivista RC HPF: ää käytetään sovelluksiin, jotka kuuluvat ääni- tai matalataajuusalueille. Passiivisia RL HPF -piirejä käytetään sovelluksissa RF- tai suurtaajuusalueilla. Ylipäästösuodatinpiiriä kutsutaan myös passiiviseksi RC-ylipäästösuodattimeksi, koska siinä käytetään passiivisia elementtejä, kuten vastus ja kondensaattori. Suurin etu on, että ulkoista virtalähdettä tai vahvistinkomponentteja ei tarvitse käyttää. Passiivinen RC HPF on yksinkertainen RC HPF -piiri, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy. Kondensaattori ja vastus on kytketty sarjaan, jossa lähtöjännite kehitetään vastuksen poikki. Kondensaattorin reaktanssin vuoksi suodatin sallii vain katkaisutaajuutta suurempia signaaleja ja estää signaalin alemmat taajuudet rajataajuuden alapuolella. Ominaisuudet Nämä ylipäästösuodattimen ominaisuudet selitetään taajuusvasteella ja lähtösignaalin vaihesiirrolla. signaalin, joka on pienempi kuin katkaisutaajuus. HPF:n ihanteelliset ominaisuudet on esitetty alla. Pääsykaistasta käytetään nimitystä HPF, joka sallii korkeammat taajuudet, jotka ovat suurempia kuin rajataajuus. Tämä suodatin vaimentaa matalia taajuuksia, joita kutsutaan pysäytysalueeksi.Ylipäästösuodattimen ihanteelliset ominaisuudet Taajuusvaste Lähtösignaalin taajuus on suoraan verrannollinen vahvistukseen. Kun taajuus kasvaa, vahvistus kasvaa. RC-ylipäästösuodattimen taajuusvaste riippuu kondensaattorin reaktanssista. Kondensaattorin pienellä reaktanssilla RC-ylipäästösuodatin sallii signaalin korkeataajuiset komponentit eli suuremmat kuin rajataajuus. Käytännössä RC-ylipäästösuodatin sallii matalat taajuudet sen rajataajuuden alapuolella. RC -ylipäästösuodattimen vahvistus muuttuu yhtenäiseksi, kun reaktanssi on matala/nolla korkeilla taajuuksilla. Eli lähtöjännite on sama kuin annettu tulojännite. Korkeiden taajuuksien sallimiseksi ja matalien taajuuksien hylkäämiseksi kapasitiivinen reaktanssi pienenee taajuuden kasvaessa, mikä johtaa lähtöjännitteen ja vahvistuksen kasvuun. Kapasitiivinen reaktanssi annetaan muodossa, Xc = 1/2πfc Missä 'fc' = rajataajuus Hz'Xc '= kapasitiivinen reaktanssi RC-ylipäästösuodattimen taajuusvaste ja vaihesiirto-ominaisuudet on esitetty alla.RC HPF -ominaisuudet Kuvasta voimme havaita, että matalat taajuudet estetään/hylätään ja lisäävät lähtöjännitettä +20 dB/vuosikymmen, kun taajuus on rajataajuudella ja R = Xc. RC -ylipäästösuodatin sallii korkeat taajuudet (katkaisutaajuudesta äärettömään), kun lähtöjännite on 0.7071 tai 70.71% sen tulojännitteestä eli -3 dB tulo- ja lähtötasoilla (laskemalla 20 log Vout/Vin). Tämä tarkoittaa, että HPF: n taajuusvaste on, korkeataajuiset signaalit sallitaan rajataajuudesta äärettömään. Katkaisutaajuudella tulosignaalin ja lähtösignaalin vaihesiirto ovat samat, eli 45 °. Kun signaalin taajuus on suurempi kuin rajataajuus, vaihekulma on nolla. Tämä tarkoittaa, että lähtösignaali on vaiheessa suhteessa tulosignaaliin suurilla taajuuksilla. RC-ylipäästösuodattimen aikavakio annetaan muodossa x = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RC RC HPF: n rajataajuus annetaan muodossa, fc = 1/2πRC annettu Φ = tan-1 (1/2πfRC) jossa 'fc' = katkaisutaajuus Hz'f '= toimintataajuus Hz'R' = vastuksen arvo ohmeina 'C' = kondensaattorin arvo Faradissa Suodatin op-vahvistimen avulla Op-vahvistinta käyttävä ylipäästösuodatin on erittäin helppo suunnitella ja toteuttaa, koska se käyttää rajoitettua no. elektronisia komponentteja ja poistaa melua ja huminaa. Ylipäästösuodattimen piirikaavio operaatiovahvistimella on esitetty alla. Passiivinen RC HPF on kytketty ei-invertoivaan op-vahvistimeen vahvistusta ja jännitteen vahvistusta varten.Ylipäästösuodatin op-vahvistimen avulla Lähtöä rajoittavat op-vahvistimen avoimen silmukan ominaisuudet. RC HPF:n lähtö syötetään op-vahvistimeen lähtösignaalin jännitevahvistuksen vahvistamiseksi ja ohjaamiseksi. Op-amp-vahvistinta käyttävän ylipäästösuodattimen jännitevahvistus annetaan muodossa Aᵥ= Vout/Vin=Af(f /fc)/√(1+(f/fc)2)Missä Av = jännitteen vahvistus desibeleinä = 1+R2/R1Af = päästökaistan vahvistusfc = rajataajuus hertseinä = toimintataajuus hertseinä Kun f < fc (matalat taajuudet) , sitten Vout/Vin <AfWhen f = fc (rajataajuudella), sitten Vout/Vin = Af/2 ^½ = 0.7071AfWhen f> fc (korkeat taajuudet), sitten Vout/Vin = Af Op-vahvistin määrittää HPF: n korkeimman taajuuden, jolla on jatkuva päästökaistan vahvistus Af. )Aktiivinen ylipäästösuodatinJos RC-ylipäästösuodatin on kytketty aktiiviseen elementtiin, kuten operaatiovahvistimeen, sallimaan korkeat taajuudet ja hylkäämään matalat taajuudet, sitä kutsutaan aktiiviseksi HPF:ksi. Aktiivisen HPF:n taajuusvaste ja vaihesiirto ovat samat kuin RC HPF:n. Aktiivisen ylipäästösuodattimen tarkoituksena on ohjata jännitteen vahvistusta ja vahvistaa lähtösignaalia. Alla on esitetty aktiivisen ylipäästösuodattimen kytkentäkaavio vahvistusta varten.Aktiivinen HPF vahvistusta varten RC HPF-piiri on kytketty ei-invertoivaan operaatiovahvistimeen. Passiivisen ylipäästösuodattimen lähtöä ja rajataajuutta ohjataan operaatiovahvistimella. Missä op-vahvistimen kaistanleveys ja vahvistusominaisuudet määrittävät rajataajuuden. Tämän tyyppinen suodatin toimii kaistanpäästösuodattimena. Op-vahvistin lisää lähtösignaalin amplitudia ja päästökaistan lähtöjännitteen vahvistus annetaan muodossa 1+R2/R1, joka on sama kuin alipäästösuodatin. harkitse passiivista RC HPF -piiriä, kuten yllä on esitetty. edellä olevasta piiristä Vo = lähtöjännite vastuksen poikki Vi = syöttöjännite kondensaattorin yli Ottaen Laplace -muunnoksen sekä tulo- että lähtöpuolella, H (s) = Vₒ (s)/ Vᵢ(s)H(s)=R/(R+(1/sC))Yllä oleva yhtälö tulee,H(s)=sCR/(1+sCR)korvaamalla s=jw yllä olevassa yhtälössä H(jω)=jωCR /(1+jωCR) Sitten yhtälö tulee HPF -siirtofunktion suuruus esitetään | H (jω) | = ωCR/√ (1+ (ωCR)^2) Jos ω = 0, HPF -siirtofunktio = 0 ω = 1/CR, sitten HPF -siirtofunktio = 0.707 Jos ω = ääretön, sitten HPF -siirtofunktio = 1 Edellä mainitut siirtotoiminnon ominaisuudet osoittavat, että passiivinen RC -ylipäästösuodatin voi sallia korkeat taajuudet katkaisutaajuudesta i nfinity. eli vaihtelee 0: sta 1: een, jos ω vaihtelee 0: sta äärettömyyteen. Tasaisesta taajuusvasteesta johtuen ei ole väreilyä. Se tunnetaan myös litteänä litteänä suodattimena, jota käytetään eri sovelluksissa, joissa päästökaistan suljetun silmukan vahvistus on yhtenäisyys. Ensimmäisen asteen Butterworth-ylipäästösuodattimen piirikaavio ja taajuusvaste on esitetty alla. Nämä ovat erittäin helppoja ja yksinkertaisia ​​suunnitella.Butterworthin HPF Vahvistus kasvaa +20dB/vuosikymmen ensimmäisellä Butterworth HPF: llä ja kun taas toisen kertaluvun Butterworth HPF: llä, se on +40 dB/vuosikymmen.Butterworth HPF -ominaisuudet Sovellukset Ylipäästösuodattimien sovellukset ovat Kaiuttimet signaalien vahvistamiseen Kuvankäsittely Käytetään DC -virran vahvistamiseen ja AC -kytkentään Ohjausjärjestelmät ja äänenkäsittelyjärjestelmät DSL -jakajat puhelimissa RF -sovellukset Näin ollen tässä on kyse yleiskatsauksesta ylipäästösuodattimesta (sekä aktiivinen että passiivinen) - määritelmä, piiri, Butterworth HPF, HPF käyttäen Op-amp, ja sen sovellukset. Tässä on sinulle kysymys: "Mitä ovat ylipäästösuodattimien edut ja haitat?"

Jätä viesti 

viestiluettelo