Mayroong isang panahon kung saan habang tumatawag sa telepono sa mga malalayong lugar, kailangang ilagay ng isang tao ang kanyang bibig na napakalapit sa transmiter, magsalita nang napakabagal at napakalakas upang ang mensahe ay malinaw na marinig ng tao sa kabilang dulo. Ngayon, maaari pa kaming makagawa ng mga video call sa buong mundo na may mga de-kalidad na resolusyon. Ang lihim ng tulad ng isang napakalaking pag-unlad ng teknolohiya nakasalalay Elektrikal salain teorya at Teorya ng linya ng paghahatid . Ang mga pansalang elektrikal ay mga circuit na pumasa lamang sa mga napiling banda ng mga frequency habang nagpapalambing sa iba pang mga hindi ginustong mga frequency. Isa sa mga nasabing filter ay HIGH pass filter .
Ano ang isang High Pass Filter?
Ang kahulugan ng high pass filter ay isang filter na pumasa lamang sa mga signal na ang mga frequency ay mas mataas kaysa sa mga cutoff frequency na sa gayon nakapagpapahina ng mga signal ng mas mababang mga frequency. Ang halaga ng dalas ng cutoff ay nakasalalay sa disenyo ng filter.
Mataas na Circuit ng Filter ng Pass
Ang pangunahing Filter ng High Pass ay binuo ng isang serye ng koneksyon ng capacitor at risistor . Habang ang input signal ay inilalapat sa ang kapasitor , ang output ay iginuhit sa kabuuan ang resistor .
Mataas na Circuit ng Filter ng Pass
Sa pag-aayos ng circuit na ito, ang capacitor ay may mataas na reaktibo sa mas mababang mga frequency kaya kumikilos ito bilang isang bukas na circuit sa mga signal ng input ng mababang dalas hanggang maabot ang cutoff frequency na 'fc'. Pinapahina ng filter ang lahat ng mga signal sa ibaba ng antas ng dalas ng cutoff. Sa mga frequency sa itaas na pinutol ang antas ng reaktibo ng antas ng capacitor ay nagiging mababa at ito ay gumaganap bilang isang maikling circuit sa mga frequency na ito sa gayon pinapayagan silang makapasa nang direkta sa output.
Passive RC High Pass Filter
Ang ipinakita sa itaas na filter na High Pass ay kilala rin bilang Filter ng Passive RC High Pass tulad ng circuit ay binuo gamit lamang mga elemento ng passive . Hindi na kailangang mag-apply ng panlabas na lakas para sa pagtatrabaho ng filter. Narito ang capacitor ay ang reaktibo na elemento at ang output ay iginuhit sa buong risistor.
Mga Katangian ng Mataas na Pass Filter
Kapag pinag-uusapan natin dalas ng cutoff tinutukoy namin ang punto sa tugon ng dalas ng filter kung saan ang nakuha ay katumbas ng 50% ang rurok na nakuha ng signal .i.e. 3dB ng tuktok na nakuha. Sa pagtaas ng pagtaas ng High Filter na pagtaas ng pagtaas ng mga frequency.
Mataas na Curve ng Frequency ng Filter na Pass
Ang dalas ng cutoff frequency na ito ay nakasalalay sa mga halaga ng R at C ng circuit. Dito pare-pareho ang Oras τ = RC, ang dalas ng cutoff ay kabaligtaran proporsyonal sa pare-pareho ng oras.
Dalas ng cutoff = 1 / 2πRC
Ang pagkakaroon ng circuit ay ibinibigay ng AV = Vout / Vin
ako.e. AV = (Vout) / (V in) = R / √ (Rdalawa+ Xcdalawa) = R / Z
Sa mababang dalas f: Xc → ∞, Vout = 0
Sa mataas na dalas f: Xc → 0, Vout = Vin
Mataas na Pass Pass Frequency Response o High Pass Filter Bode Plot
Sa filter na mataas na pass, lahat ng mga frequency na nakahiga sa ibaba ng cutoff frequency na 'fc' ay pinapagaan. Sa cut off point ng dalas na ito nakukuha natin ang -3dB makakuha at sa puntong ito ng reaktibo ng mga kapasitor at resistor na halaga ay magkatulad. R = Xc. Ang kita ay kinakalkula bilang
Makakuha (dB) = 20 log (Vout / Vin)
Ang slope ng high pass filter curve ay +20 d B / dekada .i.e. pagkatapos ng pagpasa sa antas ng dalas ng cutoff ang output na tugon ng circuit ay nagdaragdag mula 0 hanggang Vin sa rate na +20 dB bawat dekada na 6 dB na pagtaas sa bawat oktaba.
Tugon ng Frequency ng High Pass Filter
Ang rehiyon mula sa paunang punto hanggang sa cutoff frequency point ay kilala bilang stop band dahil walang mga frequency na pinapayagan na pumasa. Ang rehiyon mula sa itaas ng cutoff frequency point. ibig sabihin -3 dB point ay kilala bilang ang passband . Sa dalas ng cutoff, ang amplitude ng output output point ay magiging 70.7% ng input boltahe.
Dito bandwidth ng filter nagsasaad ng halaga ng dalas mula sa kung aling pinapayagan ang mga signal na pumasa. Halimbawa, kung ang bandwidth ng high pass filter ay ibinigay bilang 50 kHz nangangahulugan ito na ang mga frequency lamang mula 50 kHz hanggang infinity ang pinapayagang pumasa.
Ang anggulo ng phase ng output signal ay +450 sa cut off frequency. Ang pormula upang makalkula ang phase shift ng high pass filter ay
∅ = arctan (1 / 2πfRC)
Phase Shift Curve
Sa praktikal na aplikasyon, ang tugon ng output ng filter ay hindi umaabot sa kawalang-hanggan. Nalalapat ng katangiang elektrikal ng mga elemento ng filter ang limitasyon sa tugon ng filter. Sa pamamagitan ng wastong pagpili ng mga bahagi ng filter, maaari naming ayusin ang saklaw ng mga frequency na maipapahina, ang saklaw na maipasa atbp ...
High Pass Filter gamit ang Op-Amp
Sa ganitong high pass filter kasama ang mga elemento ng passive filter, nagdagdag kami Op-amp sa circuit. Sa halip na makakuha ng isang walang katapusang tugon sa output, narito ang tugon sa output ay limitado sa pamamagitan ng bukas na loop mga katangian ng Op-amp . Samakatuwid ang filter na ito ay gumaganap bilang isang filter ng band-pass na may isang putol na dalas na kung saan ay tinukoy ng bandwidth at makakuha ng mga katangian ng Op-amp.
High Pass Filter gamit ang Op-Amp
Ang pagkakaroon ng bukas na boltahe na nakuha ng Op-amp ay gumaganap bilang isang limitasyon sa bandwidth ng ang amplifier . Ang nakuha ng amplifier ay binabawasan sa 0 dB na may pagtaas ng dalas ng pag-input. Ang tugon ng circuit ay katulad ng passive high pass filter ngunit dito nakuha ng Op-amp ang nagpapalaki ng amplitude ng output signal.
Ang makakuha ng filter ang paggamit ng hindi pagbabalik ng Op-amp ay ibinibigay ng:
AV = Vout / Vin = (Off (f / fc)) / √ (1+ (f / fc) ^ 2)
kung saan ang Af ay passband makakuha ng filter = 1+ (R2) / R1
f ang dalas ng input signal sa Hz
Ang fc ay ang putol na dalas
Kapag mababa ang pagpapaubaya resistors at capacitor ginagamit ang mga filter ng High Pass Active na nagbibigay ng mahusay na kawastuhan at pagganap.
Filter ng Aktibong Mataas na Pass
High Pass Filter gamit ang Op-amp ay kilala rin bilang isang aktibong high pass filter dahil kasama ang mga passive element capacitor at resistor isang aktibong elemento Ginagamit ang op-amp sa circuit . Gamit ang aktibong sangkap na ito maaari naming makontrol ang dalas ng cutoff at saklaw ng tugon ng output ng filter.
Pangalawang Order High Pass Filter
Ang mga circuit ng filter na nakita namin hanggang ngayon ay isinasaalang-alang bilang unang mga filter ng high pass na order. Sa pangalawang order high pass filter, isang karagdagang bloke ng isang RC network ang idinagdag sa unang order high pass filter sa input path.
Pangalawang Order High Pass Filter
Ang tugon ng dalas ng pangalawang order na high pass filter ay katulad sa unang order na high pass filter. Ngunit sa pangalawang pagkakasunud-sunod ng mataas na pumasa sa filter stop band ay magiging dalawang beses kaysa sa unang order na filter sa 40dB / Decade. Ang mga mas mataas na order ng filter ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng pag-cascading ng una at pangalawang mga filter ng order. Bagaman walang limitasyon sa pagkakasunud-sunod, ang laki ng filter ay nagdaragdag kasama ang kanilang pagkakasunud-sunod at pagkasira ng kawastuhan. Kung sa mas mataas na pagkakasunud-sunod ng filter na R1 = R2 = R3 atbp ... at C1 = C2 = C3 = etc… kung gayon ang frequency ng cutoff ay magiging pareho anuman ang pagkakasunud-sunod ng filter.
Pangalawang Order High Pass Filter
Ang dalas ng cutoff ng pangalawang pagkakasunud-sunod ng High Pass Active filter ay maaaring ibigay bilang
fc = 1 / (2π√ (R3 R4 C1 C2))
Pag-andar ng Paglipat ng Mataas na Pass
Tulad ng madalas na pagbabago ng impedance ng capacitor, ang mga elektronikong filter ay may tugon na nakasalalay sa dalas.
Ang kumplikadong impedance ng isang kapasitor ay ibinibigay bilang Zc = 1 / sC
Kung saan, s = σ + jω, ω ang angular frequency sa mga radian bawat segundo
Ang pag-andar ng paglipat ng isang circuit ay maaaring matagpuan gamit ang karaniwang mga diskarte sa pagtatasa ng circuit tulad ng Batas ni Ohm , Mga Batas ni Kirchhoff , Superposisyon atbp Ang pangunahing form ng isang Pag-andar ng paglipat ay ibinibigay ng equation
H (s) = (am s ^ m + a (m-1) s ^ (m-1) + ⋯ + a0) / (bn s ^ n + b (n-1) s ^ (n-1) + ⋯ + b0)
Ang pagkakasunud-sunod ng filter ay kilala sa antas ng denominator. Mga Pole at Zero ng circuit ay nakuha sa pamamagitan ng paglutas ng mga ugat ng equation. Ang pagpapaandar ay maaaring may totoo o kumplikadong mga ugat. Ang paraan ng mga ugat na ito ay naka-plot sa s eroplano, kung saan ang σ ay tinukoy ng pahalang na axis at ang ω ay tinukoy ng patayong axis, ay nagpapakita ng maraming impormasyon tungkol sa circuit. Para sa high pass filter, isang zero ang matatagpuan sa pinagmulan.
H (jω) = Vout / Vin = (-Z2 (jω)) / (Z1 (jω))
= - R2 / (R1 + 1 / jωC)
= -R2 / R1 (1 / (1+ 1 / (jωR1 C))
Dito H (∞) = R2 / R1, makakuha kapag ω → ∞
τ = R1 C at ωc = 1 / (τ) .i.e. ωc = 1 / (R1C) ay ang dalas ng cut-off
Kaya ang pagpapaandar ng paglipat ng mataas na filter ng pass ay ibinibigay ng H (jω) = - H (∞) (1 / (1+ 1 / jωτ))
= - H (∞) (1 / (1- (jωc) / ω))
Kapag mababa ang dalas ng pag-input pagkatapos ang Z1 (jω) ay malaki, samakatuwid mababa ang tugon ng output.
H (jω) = (- H (∞)) / √ (1+ (ωc / ω) ^ 2) = 0 kapag ω = 0 H (∞) / √2 kapag ω = ω_c
at H (∞) kapag ω = ∞. Dito ipinapahiwatig ng negatibong pag-sign ang shift ng phase.
Kapag R1 = R2, s = jω at H (0) = 1
Kaya, ang pagpapaandar ng paglipat ng High Pass Filter H (jω) = jω / (jω + ω_c)
Ang butter na nagkakahalaga ng High Pass Filter
Bukod sa pagtanggi sa mga hindi ginustong mga frequency, ang isang perpektong filter ay dapat ding magkaroon ng pare-parehong pagiging sensitibo para sa mga ginustong mga frequency. Ang nasabing isang perpektong filter ay hindi praktikal. Ngunit ang Stephen Butter na nagkakahalaga sa kanyang papel na 'Sa teorya ng mga filter amplifier' ay ipinakita na ang ganitong uri ng filter ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng mga elemento ng filter ng tamang lakas.
Ang filter na nagkakahalaga ng mantikilya ay dinisenyo sa isang paraan na nagbibigay ito ng flat frequency na tugon sa passband ng filter at bumababa patungo sa zero sa stop band. Isang pangunahing prototype ng Ang filter na nagkakahalaga ng mantikilya ay ang disenyo ng mababang pass ngunit sa pamamagitan ng pagbabago ng mataas na pumasa at mga filter ng band pass maaaring idisenyo.
Tulad ng nakita natin sa itaas para sa isang unang order mataas na pass na nakuha ng yunit ng filter ay H (jω) = jω / (jω + ω_c)
Para sa mga naturang filter sa serye H (jω) = (jω / (jω + ω_c)) ^ n na sa paglutas ay katumbas ng
Kinokontrol ng 'n' ang pagkakasunud-sunod ng paglipat sa pagitan ng pass band at stop band. Samakatuwid mas mataas ang pagkakasunud-sunod, mabilis ang paglipat sa gayon, sa n = ∞ Ang filter na nagkakahalaga ng mantikilya ay nagiging isang perpektong High Pass Filter.
Sa panahon ng pagpapatupad ng filter na ito para sa pagiging simple isinasaalang-alang namin ang ωc = 1 at lutasin ang pagpapaandar ng paglipat
para sa s = jω .i.e. H (s) = s / (s + ωc) = s / (s + 1) para sa order 1:
H (s) = s ^ 2 / (s ^ 2 + ∆ωs + (ωc ^ 2) para sa order 2
Samakatuwid ang pagpapaandar ng paglipat ng kaskad sa High Pass Filter ay
Bode Plot of Butter na nagkakahalaga ng High Pass Filter
Mga aplikasyon ng High Pass Filter
Ang mga application ng high pass filter ay pangunahing kasama ang sumusunod.
- Ang mga filter na ito ay ginagamit sa mga nagsasalita para sa pagpapalakas.
- Ginagamit ang high pass filter upang alisin ang mga hindi nais na tunog na malapit sa ibabang dulo ng naririnig na saklaw.
- Upang maiwasan ang paglaki ng Kasalukuyang DC na maaaring makapinsala sa amplifier, ginagamit ang mga high pass filter para sa pagkabit ng AC.
- High Pass filter sa Pagpoproseso ng Imahe : Ang mga high pass filter ay ginagamit sa pagproseso ng imahe para sa pagpapatalas ng mga detalye. Sa pamamagitan ng paglalapat ng mga filter na ito sa isang imahe maaari naming palakihin ang bawat maliit na bahagi ng mga detalye sa isang imahe. Ngunit ang labis na paggawa ay maaaring makapinsala sa imahe dahil ang mga filter na ito ay nagpapalakas ng ingay sa imahe.
Marami pa ring mga pagpapaunlad na gagawin sa disenyo ng mga filter na ito upang makamit ang matatag at perpektong mga resulta. Ang mga simpleng aparato na ito ay may mahalagang papel sa iba-iba mga control system , mga awtomatikong system, Pagpoproseso ng imahe at audio. Alin sa aplikasyon ng HIGH pass filter nakatagpo ka na ba?
