Que é o filtro de paso alto: funcionamento e as súas aplicacións

Os filtros son os circuítos electrónicos que permiten determinados compoñentes de frecuencia e atenuan os compoñentes de frecuencia non desexados dun sinal de entrada. Atópanse en varias aplicacións electrónicas para permitir un rango particular de frecuencias dun sinal. Basicamente, os filtros divídense en dous tipos en función do tipo de compoñentes utilizados no deseño e na operación. Son filtros pasivos e filtros activos. Dependendo do rango de frecuencias, os filtros clasifícanse en 4 tipos. Son filtros de paso baixo, filtros de paso alto, filtros de paso de banda e filtros de parada de banda. Este artigo describe o filtro de paso alto, que se pode usar tanto como filtro activo como como filtro pasivo. Que é un filtro de paso alto? O filtro ten a capacidade de permitir compoñentes de alta frecuencia dun sinal e atenúa todos os compoñentes de baixa frecuencia dun sinal, coñécese como filtro de paso alto. Pode permitir que os compoñentes de alta frecuencia sexan maiores que a frecuencia de corte e rexeite todos os demais compoñentes de frecuencia non desexados dun sinal. Este tipo de filtros atópanse en varios circuítos de RF e sistemas de procesamento de sinais. Na práctica, este filtro permitirá frecuencias máis baixas dun sinal, que é inferior á frecuencia de corte. Circuíto de filtro de paso alto Este circuíto é o mesmo que un circuíto de filtro de paso baixo, excepto que a resistencia e o condensador dos compoñentes se intercambian como se mostra na seguinte figura.Circuíto de filtro de paso alto Dous resistentes e condensador de elementos pasivos están conectados en combinación en serie para permitir as frecuencias superiores á frecuencia de corte dun sinal. A tensión de saída dun sinal obtense a través da resistencia aplicando tensión de entrada a través do condensador. Este tipo de filtro está baixo o circuíto de filtro paso alto de primeira orde. O HPF de segunda orde non é máis que unha cascada de dous circuítos de filtro de paso alto RC en serie. O aumento da ganancia da banda de paso na HPF de segunda orde será a unha velocidade de + 40dB / década. resistencia e indutor (HPL RL pasivo) baseado na aplicación. O RC HPF pasivo úsase para aplicacións en rangos de audio ou baixa frecuencia. Os circuítos HPF pasivos RL úsanse para aplicacións en RF ou rangos de alta frecuencia. O circuíto de filtro de paso alto tamén se denomina filtro de paso alto RC pasivo debido ao uso de elementos pasivos como unha resistencia e un condensador. A principal vantaxe é que non hai necesidade de aplicar ningunha fonte de alimentación externa nin ningún compoñente de amplificación. O RC HPF pasivo é un circuíto RC HPF sinxelo como se mostra na figura anterior. O condensador e a resistencia están conectados en serie onde a tensión de saída se desenvolve a través da resistencia. Debido á reactancia do condensador, o filtro só permite frecuencias altas dun sinal superior á frecuencia de corte e bloquea as frecuencias máis baixas dun sinal por debaixo da frecuencia de corte. Características Estas características do filtro de paso alto explícanse en termos de resposta de frecuencia e cambio de fase dun sinal de saída. Características ideais A principal característica dun HPF é que permite todos os compoñentes de alta frecuencia superiores á frecuencia de corte e atenúa todas as frecuencias baixas. dun sinal, que son inferiores á frecuencia de corte. A continuación móstranse as características ideais dun HPF. A banda de paso denomínase HPF como as frecuencias máis altas que son maiores que a frecuencia de corte. Este filtro atenúa as baixas frecuencias, que se denomina banda de parada.Características ideais do filtro de paso alto Resposta de frecuencia A frecuencia dun sinal de saída é directamente proporcional á ganancia. A medida que aumenta a frecuencia, aumenta a ganancia. A resposta en frecuencia dun filtro de paso alto RC depende da reactancia dun condensador. O condensador produce a cantidade necesaria de reactancia ou alta reactancia para atenuar as baixas frecuencias dun sinal, é dicir, por debaixo da frecuencia de corte. A baixa reactancia do condensador, o filtro de paso alto RC permite que os compoñentes de alta frecuencia dun sinal sexan maiores que a frecuencia de corte. Pero, practicamente, o filtro de paso alto RC permite as frecuencias baixas por debaixo da súa frecuencia de corte. A ganancia do filtro paso alto RC convértese en unidade cando a reactancia é baixa / cero a altas frecuencias. É dicir, a tensión de saída é a mesma que a tensión de entrada dada. Para permitir altas frecuencias e rexeitar frecuencias baixas, a reactancia capacitiva diminúe cun aumento na frecuencia, o que resulta en aumentos de tensión e ganancia de saída. A reactancia capacitiva dase como, Xc = 1 / 2πfc Onde "fc" = frecuencia de corte en Hz "Xc" = reactancia capacitiva As características de resposta de frecuencia e cambio de fase dun filtro de paso alto RC móstranse a continuación.Características RC HPF A partir da figura, podemos observar que as baixas frecuencias están bloqueadas / rexeitadas e aumentan a tensión de saída + 20 dB / década cando a frecuencia está na frecuencia de corte e R = Xc. O filtro de paso alto RC permite as altas frecuencias (desde a frecuencia de corte ata o infinito) cando a tensión de saída é de 0.7071 ou 70.71% da súa tensión de entrada, é dicir, a niveis de entrada e saída de -3dB (calculando 20 log Vout / Vin). Isto significa que a resposta de frecuencia dun HPF é que se permiten sinais de alta frecuencia desde a frecuencia de corte ata o infinito. Na frecuencia de corte, o cambio de fase do sinal de entrada e o sinal de saída son os mesmos, é dicir, a 45 °. Cando a frecuencia dun sinal é maior que a frecuencia de corte, o ángulo de fase é Cero. Isto significa que o sinal de saída está en fase con respecto ao sinal de entrada a altas frecuencias. O tempo necesario para cargar e descargar un condensador exprésase en forma de constante de tempo, indicada por 'τ'. A constante de tempo dun filtro de paso alto RC dáse como = RC = 1 / 2πfcω = 1 / τ = 1 / RCT A frecuencia de corte dun RC HPF dáse como, fc = 1 / 2πRC O cambio de fase dun RC HPF é dada comoΦ = tan-1 (1 / 2πfRC) Onde 'fc' = frecuencia de corte en Hz'f '= frecuencia de funcionamento en Hz'R' = valor da resistencia en ohms'C '= valor do condensador en Farads O filtro de paso alto que usa op-amp é moi sinxelo de deseñar e implementar porque usa un número limitado. de compoñentes electrónicos e elimina o ruído e o zumbido. A continuación móstrase o diagrama do circuíto do filtro de paso alto usando op-amp. O HPF pasivo RC está conectado ao amplificador operativo sen inversión para amplificación e control de ganancia de tensión.Filtro de paso alto usando Op-Amp A saída está limitada polas características de circuíto aberto do amplificador op. A saída do RC HPF aplícase a un amplificador operacional para a amplificación e control da ganancia de tensión do sinal de saída. / fc) / √ (1+ (f / fc) 2) Onde Av = ganancia de tensión en dB = 1 + R2 / R1Af = ganancia de banda de paso fc = frecuencia de corte en Hzf = frecuencia de funcionamento en Hz Cando f <fc (frecuencias baixas) , despois Vout / Vin <AfWhen f = fc (con frecuencia de corte), entón Vout / Vin = Af / 2 ^ ½ = 0.7071AfWhen f> fc (altas frecuencias), entón Vout / Vin = Af o amplificador operacional determina a frecuencia máis alta do HPF, que ten a ganancia de banda de paso constante Af. A magnitude da ganancia de tensión dáse como Av (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin ) Filtro paso alto activo Se o filtro paso alto RC está conectado ao elemento activo como amplificador operacional para permitir as altas frecuencias e rexeita as frecuencias baixas, entón chámase HPF activo. A resposta de frecuencia e o cambio de fase do HPF activo son os mesmos que o HPF RC. O propósito do filtro de paso alto activo é controlar a ganancia de tensión e amplificar o sinal de saída. A continuación móstrase o esquema do filtro activo de paso alto para a amplificación.HPF activo para amplificación O circuíto HPF RC está conectado ao amplificador operativo sen inversión. A saída e a frecuencia de corte do filtro pasivo de alta son controladas polo amplificador operativo. Onde o ancho de banda e as características de ganancia do amplificador operacional determinan a frecuencia de corte. Este tipo de filtro actúa como un filtro de paso de banda. O amplificador operacional aumenta a amplitude do sinal de saída e a ganancia de tensión de saída da banda de paso aparece como 1 + R2 / R1, que é o mesmo que o filtro de paso baixo. Función de transferencia Para derivar a función de transferencia de filtro de paso alto, faremos considere un circuíto HPF pasivo RC como se mostra arriba. Do circuíto anterior, Vo = tensión de saída na resistencia Vi = tensión de entrada aplicada a través do condensador Tomando a transformada de Laplace tanto na entrada como na saída, H (s) = Vₒ (s) / Vᵢ (s) H (s) = R / (R + (1 / sC)) A ecuación anterior convértese en, H (s) = sCR / (1 + sCR) Substituíndo s = jw na ecuación anterior H (jω) = jωCR / (1 + jωCR) Entón a ecuación convértese en A magnitude da función de transferencia de HPF represéntase como | H (jω) | = ωCR / √ (1+ (ωCR) ^ 2) Se ω = 0, entón a función de transferencia de HPF = 0 ω = 1 / CR, entón a función de transferencia de HPF = 0.707 Se ω = infinito, entón a función de transferencia de HPF = 1 De aí que as características da función de transferencia anterior mostren que o filtro de paso alto RC pasivo pode permitir as altas frecuencias desde a frecuencia de corte ata i nfinidade. é dicir, varía de 0 a 1 se ω varía de 0 ao infinito. Butterworth HPF O filtro de paso alto Butterworth é un dos tipos de HPF que proporciona resposta de frecuencia plana na banda de paso. Debido á súa resposta de frecuencia plana, non haberá ondulacións. Tamén se coñece como filtro plano plano, usado en varias aplicacións onde a ganancia de circuíto pechado da banda de paso é a unidade. A continuación móstrase o diagrama de circuítos e a resposta en frecuencia do filtro paso alto Butterworth de primeira orde. Estes son moi sinxelos e sinxelos de deseñar.Butterworth HPF A ganancia aumenta a un ritmo de + 20 dB / década para a primeira orde Butterworth HPF e mentres que para a segunda orde Butterworth HPF, será de + 40 dB / década.Características de Butterworth HPF Aplicacións As aplicacións dos filtros de paso alto son Altofalantes para amplificar sinais Procesamento de imaxes Usados ​​na amplificación de corrente continua e para acoplamento de CA Sistemas de control e sistemas de procesamento de audio. - definición, circuíto, Butterworth HPF, HPF usando Op-amp e as súas aplicacións. Aquí tes unha pregunta para ti: "Cales son as vantaxes e desvantaxes dos filtros de paso alto?"

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes