- Kā darbojas High Pass filtrs?
- Frekvences reakcija un izslēgšanas frekvence
- Kāda ir sliekšņa biežuma formula?
- Izejas sprieguma aprēķins
- Piemērs ar aprēķinu
- Fāzes maiņa
- Pieteikumi
Iepriekš mēs apspriedām pasīvo zemfrekvences filtru, tagad ir pienācis laiks meklēt ieskatu par pasīvo zemfrekvences filtru.
Tāds pats kā iepriekš, ja skatāties nosaukumā, tas parāda “Pasīvs”, “Augsts”, “Iet” un “Filtrs”. Tātad, kā norāda nosaukums, tas ir filtrs, kas bloķēs Zemas frekvences, bet augsto frekvenci pārsniegs iepriekš noteikto vērtību, kas tiks aprēķināta pēc formulas.
Tas ir “pasīvs”, kas nozīmē, ka nav ārējas jaudas, nav ieejas signāla pastiprināšanas; shēmu veidosim, izmantojot “pasīvos” komponentus, kuriem nav nepieciešams ārējs enerģijas avots. Pasīvie komponenti ir tādi paši kā zemfrekvences filtru, bet savienojuma secība tiks precīzi mainīta. Pasīvie komponenti ir rezistors (R) un
kondensators (C). Atkal tā ir RC filtra konfigurācija.
Apskatīsim, kas notiks, ja mēs izveidosim ķēdi un pārbaudīsim atbildi vai "Bode Plot"…
Šī shēma ir šajā attēlā:
Tas ir RC filtrs. Parasti ieejas signāls tiek piemērots šim sērijas kombināciju no ne-polarizētas kondensatoru un rezistoru. Tas ir pirmās kārtas filtrs, jo ķēdē ir tikai viens reaktīvs komponents, kas ir kondensators. Filtrētā izeja būs pieejama visā rezistorā. Šī dueta kombinācija ir tieši pretēja zemfrekvences filtram. Ja mēs salīdzinām ķēdi ar zemfrekvences filtru, mēs redzēsim, ka rezistora un kondensatora stāvoklis ir savstarpēji mainīts.
Kā darbojas High Pass filtrs?
Zemās frekvencēs kondensatora reaktivitāte būs ļoti liela, ka tā darbosies kā atvērta ķēde un bloķēs ieejas signālu zem robežfrekvences punkta (fc). Bet, kad robežfrekvences punkts sasniegs kondensatora reaktivitāti, tas sāks samazināties un ļaus signālam iziet tieši. Mēs to detalizēti redzēsim frekvences reakcijas līknē.
Lūk, kā tas izskatās līdzīgi kondensatora izejā: -
Frekvences reakcija un izslēgšanas frekvence
Šī ir pirmās kārtas augstfrekvences filtru shēmas frekvences reakcijas līkne.
f c Vai filtra nogriešanas biežums. Pēc 3dB brīdī signāls ir atļauts nodot. Šis -3dB apzīmē arī sliekšņa biežumu. No 10Hz līdz atslēgas frekvencei signālam nav atļauts pāriet, jo frekvence ir Zema frekvence, šajā brīdī tā ir apstāšanās joslas daļa, kur signālam nav atļauts pāriet no filtra, bet virs atslēgas frekvences pēc -3dB daļu sauc par pārejas joslas pozīciju, kur signālam ir atļauts iziet. Līknes slīpums ir + 20dB desmitgadē. Tieši pretēji zemfrekvences filtram.
Guvuma aprēķināšanas formula ir tāda pati kā mēs izmantojām mūsu iepriekšējā apmācībā pasīvā zemfrekvences filtrā.
Gain (dB) = 20 log (Vout / Vin)
Pēc atslēgšanas signāla ķēdes reakcijas pakāpeniski palielinās līdz Vin no 0, un šis pieaugums notiek ar ātrumu + 20dB / desmitgade. Ja mēs aprēķinām pieaugumu uz oktāvu, tas būs 6dB.
Šī frekvences reakcijas līkne ir augstfrekvences filtra Bode diagramma. Izvēloties pareizu kondensatoru un pareizu rezistoru, mēs varētu apturēt zemas frekvences, ierobežot signālu, kas iet caur filtra shēmu, neietekmējot signālu, jo nav aktīvas atbildes.
Iepriekš redzamajā attēlā ir vārds Bandwidth. Tas norāda, pēc kuras frekvences signāls ļaus pāriet. Tātad, ja tas ir 600 kHz augstas caurlaidības filtrs, joslas platums būs no 600 kHz līdz bezgalībai. Tā kā tas ļaus pārraidīt visus signālus virs atslēgšanās frekvences.
Pie atslēgšanas frekvences mēs iegūsim -3dB pieaugumu. Tajā brīdī, ja mēs salīdzinām izejas signāla amplitūdu ar ieejas signālu, tad redzēsim, ka izejas signāla amplitūda būtu 70,7% no ieejas signāla. Arī -3dB pieaugumā kapacitatīvā reaktivitāte un pretestība būtu vienādas. R = Xc.
Kāda ir sliekšņa biežuma formula?
Atslēgšanās frekvences formula ir tieši tāda pati kā zemfrekvences filtram.
f c = 1 / 2πRC
Tātad R ir pretestība un C ir kapacitāte. Ja mēs ieliksim vērtību, mēs zināsim sliekšņa biežumu.
Izejas sprieguma aprēķins
Apskatīsim pirmo attēlu, shēmu, kur 1 rezistors un viens kondensators tiek izmantots, lai izveidotu Augstas caurlaidības filtru vai RC ķēdi.
Kad DC signāls tiek pielietots visā ķēdē, tā ir ķēdes pretestība, kas rada kritumu, kad strāva plūst. Bet maiņstrāvas signāla gadījumā par sprieguma kritumu ir atbildīga nevis pretestība, bet pretestība, kas mēra arī omos.
RC ķēdē ir divas pretestības lietas. Viens ir pretestība, bet otrs - kondensatora kapacitatīvā reaktivitāte. Tātad mums vispirms jāmēra kondensatora kapacitatīvā reaktivitāte, kā tas būs nepieciešams, lai aprēķinātu ķēdes pretestību.
Pirmais pretestības pretestība ir kapacitatīvā reaktivitāte, formula ir: -
Xc = 1 / 2πfC
Formulas iznākums būs omos, jo omi ir kapacitatīvās reaktivitātes mērvienība, jo tā ir opozīcija, kas nozīmē pretestību.
Otrā opozīcija ir pats rezistors. Rezistora vērtība ir arī pretestība.
Tātad, apvienojot šo divu opozīciju, mēs iegūsim kopējo pretestību, kas ir pretestība RC (maiņstrāvas signāla ieejas) ķēdē.
Ar pretestību apzīmē Z
Formula ir: -
Kā iepriekš tika runāts par zemu frekvenci, kondensatora reaktivitāte ir pārāk augsta, lai tā darbotos kā atvērta ķēde, kondensatora reaktivitāte ir bezgalība zemā frekvencē, tāpēc tā bloķē signālu. Izvades pieaugums tajā laikā ir 0, un bloka dēļ izejas spriegums paliek 0, līdz tiek sasniegta izslēgšanas frekvence.
Bet augstā frekvencē notiks pretējais, kondensatora reaktivitāte ir pārāk zema, ka tā darbojas kā īssavienojums, kondensatora reaktivitāte ir 0 augstā frekvencē, tāpēc tā nodod signālu. Tajā laikā izejas pieaugums ir 1, tas ir, vienības pieauguma situācija, un vienības pieauguma dēļ izejas spriegums ir tāds pats kā ieejas spriegums pēc atslēguma frekvences sasniegšanas.
Piemērs ar aprēķinu
Kā mēs jau zinām, kas faktiski notiek ķēdes iekšpusē un kā uzzināt vērtību. Izvēlēsimies praktiskas vērtības.
Paņemsim visizplatītāko vērtību rezistorā un kondensatorā, 330k un 100pF. Mēs izvēlējāmies vērtību, jo tā ir plaši pieejama, un to ir vieglāk aprēķināt.
Apskatīsim, kāda būs atslēgšanās frekvence un kāds būs izejas spriegums.
Pārtrauktais biežums būs: -
Atrisinot šo vienādojumu, atslēgšanās frekvence ir 4825Hz vai 4,825Khz.
Apskatīsim, vai tā ir taisnība vai ne
Šī ir piemēra shēma.
Kā iepriekš aprakstītā frekvences atbilde pie robežfrekvences dB būs
-3dB, neatkarīgi no frekvencēm. Mēs meklēsim -3dB pie izejas signāla un redzēsim, vai tas ir 4825Hz (4.825Khz).
Šeit ir frekvences atbilde: -
Iestatīsim kursoru -3dB un redzēsim rezultātu.
Kā mēs varam redzēt frekvences reakciju (sauktu arī par Bode Plot), mēs iestatījām kursoru uz -3,03 dB un iegūstam 4,814KHz joslas platuma frekvenci.
Fāzes maiņa
Fāzes leņķis apzīmē, ka φ (Phi) būs pie izejas +45
Šī ir ķēdes fāzes nobīde, ko izmanto kā praktisku piemēru.
Noskaidrosim fāzes nobīdes vērtību pie izslēgšanas frekvences: -
Mēs iestatījām kursoru uz +45
Šis ir otrās kārtas augstfrekvences filtrs. Kondensators un rezistors ir pirmā kārta, un KAPACITORS1 un RESISTORS1 ir otrā kārta. Kaskādē tie veido otrās kārtas augstfrekvences filtru.
Otrās pakāpes filtra slīpuma loma ir 2 x + 20 dB / desmitgadi vai + 40 dB (12 dB / oktāvu).
Šeit ir reakcijas līkne: -
Slīpums ir + 20 dB / desmitgade, bet sarkanais - gala izvadē, kura slīpums ir + 40 dB / desmitgade.
Tas aprēķinās otrās kārtas augstfrekvences ķēdes atslēgšanas frekvenci.
Tāpat kā zemas caurlaidības filtru, nav tik labi kaskādēt divus pasīvus augstfrekvences filtrus, jo katra filtra secības dinamiskā pretestība ietekmē citu tīklu tajā pašā shēmā.
Pieteikumi
Zemfrekvences filtrs tiek plaši izmantots elektronikā.
Šeit ir daži pieteikumi: -
- Audio uztvērējs un ekvalaizers
- Mūzikas vadības sistēma un Treble frekvences modulācija.
- Funkciju ģenerators
- Katodstaru televīzija un osciloskops.
- Kvadrātveida viļņu ģenerators no trīsstūrveida viļņa.
- Impulsu ģeneratori.
- Uzbrauktuve uz pakāpienu ģeneratoriem.