فیلتر High Pass چیست؟ کارکرد و کاربردهای آن

فیلترها مدارهای الکترونیکی هستند که به اجزای فرکانس خاصی اجازه می دهند و اجزای فرکانس ناخواسته سیگنال ورودی را تضعیف می کنند. اینها در کاربردهای الکترونیکی مختلف یافت می شوند تا محدوده خاصی از فرکانس سیگنال را مجاز کنند. اصولا فیلترها بر اساس نوع اجزای مورد استفاده در طراحی و عملکرد به دو نوع تقسیم می شوند. آنها فیلترهای غیرفعال و فیلترهای فعال هستند. بسته به محدوده فرکانس ها ، فیلترها به 4 نوع طبقه بندی می شوند. آنها فیلترهای پایین گذر، فیلترهای بالا گذر، فیلترهای باند گذر و فیلترهای باند استاپ هستند. این مقاله فیلتر High Pass را توضیح می دهد که می تواند هم به عنوان فیلتر فعال و هم به عنوان فیلتر غیرفعال استفاده شود. فیلتر High Pass چیست؟ این فیلتر می تواند به اجزای فرکانس بالا سیگنال اجازه دهد و تمام اجزای فرکانس پایین یک سیگنال را تضعیف کند. سیگنال، به عنوان فیلتر High Pass شناخته می شود. این می تواند به اجزای فرکانس بالا بیشتر از فرکانس قطع اجازه دهد و سایر اجزای فرکانس ناخواسته سیگنال را رد کند. این نوع فیلترها در مدارهای RF مختلف و سیستم های پردازش سیگنال یافت می شوند. در عمل، این فیلتر فرکانس‌های پایین‌تری از سیگنال را می‌دهد که کمتر از فرکانس قطع است. این مدار مانند مدار فیلتر پایین گذر است ، با این تفاوت که مقاومت و خازن اجزاء مطابق شکل زیر تعویض می شوند.مدار فیلتر High Passدو عنصر غیرفعال مقاومت و خازن به صورت سری به هم وصل شده اند تا فرکانس های بالاتر از فرکانس قطع سیگنال را مجاز کنند. ولتاژ خروجی یک سیگنال در طول مقاومت با اعمال ولتاژ ورودی در خازن به دست می آید. این نوع فیلتر تحت مدار فیلتر بالاگذر مرتبه اول قرار می گیرد. HPF مرتبه دوم چیزی نیست جز آبشاری از دو مدار فیلتر بالاگذر RC به صورت سری. افزایش بهره باند عبور در HPF مرتبه دوم با نرخ +40 دسی بل/دهه خواهد بود. پسیو RC HPC مدار فیلتر بالا گذر RC غیرفعال را می توان در دو ترکیب مانند مقاومت و خازن (پسیو RC HPF) طراحی کرد. مقاومت و سلف (غیرفعال RL HPF) بر اساس کاربرد. RC HPF غیرفعال برای برنامه های کاربردی در محدوده های صوتی یا فرکانس پایین استفاده می شود. مدارهای غیرفعال RL HPF برای برنامه های کاربردی در محدوده RF یا فرکانس بالا استفاده می شود. به دلیل استفاده از عناصر غیرفعال مانند مقاومت و خازن ، مدار فیلتر بالا گذر فیلتر بالا گذر RC نیز نامیده می شود. مزیت اصلی این است که نیازی به استفاده از منبع تغذیه خارجی یا اجزای تقویت کننده نیست. RC HPF غیرفعال یک مدار RC HPF ساده است همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است. خازن و مقاومت به صورت سری به هم متصل می شوند که در آن ولتاژ خروجی در سراسر مقاومت ایجاد می شود. با توجه به راکتانس خازن، فیلتر فقط فرکانس های بالای سیگنالی بیشتر از فرکانس قطع را مجاز می کند و فرکانس های پایین سیگنال زیر فرکانس قطع را مسدود می کند. این ویژگی های فیلتر با گذر بالا بر حسب فرکانس پاسخ و تغییر فاز سیگنال خروجی توضیح داده شده است. سیگنال هایی که کمتر از فرکانس قطع هستند. ویژگی های ایده آل HPF در زیر نشان داده شده است. باند عبور به عنوان HPF شناخته می شود که فرکانس های بالاتر را فرکانس قطع بیشتر می دهد. این فیلتر فرکانس های پایین را کاهش می دهد که به آن باند توقف می گویند.ویژگی های ایده آل پاسخ فرکانس فیلتر بالا گذر فرکانس سیگنال خروجی به طور مستقیم با بهره متناسب است. با افزایش فرکانس، بهره افزایش می یابد. پاسخ فرکانسی یک فیلتر بالاگذر RC به راکتانس خازن بستگی دارد. خازن مقدار مورد نیاز راکتانس یا راکتانس بالا را برای تضعیف فرکانس های پایین سیگنال، یعنی زیر فرکانس قطع، تولید می کند. در راکتانس پایین خازن ، فیلتر RC با گذر بالا اجزای فرکانس بالای یک سیگنال یعنی بیشتر از فرکانس قطع را امکان پذیر می کند. اما، عملاً، فیلتر بالاگذر RC فرکانس های پایین را زیر فرکانس قطع خود اجازه می دهد. بهره فیلتر بالا گذر RC زمانی یکسان می شود که راکتانس در فرکانس های بالا کم/صفر باشد. یعنی ولتاژ خروجی همان ولتاژ ورودی داده شده است. برای اجازه دادن به فرکانسهای بالا و رد فرکانسهای پایین ، راکتانس خازنی با افزایش فرکانس کاهش می یابد که منجر به افزایش ولتاژ خروجی و افزایش می شود. راکتانس خازنی به صورت Xc = 1/2πfc داده می شود که در آن 'fc' = فرکانس قطع در Hz'Xc' = راکتانس خازنی، ویژگی های پاسخ فرکانسی و تغییر فاز یک فیلتر بالاگذر RC در زیر نشان داده شده است.ویژگی های RC HPF از شکل، می توانیم مشاهده کنیم که فرکانس های پایین مسدود/رد می شوند و زمانی که فرکانس در فرکانس قطع و R=Xc است، ولتاژ خروجی را 20dB/دهه افزایش می دهند. فیلتر بالاگذر RC فرکانس های بالا (از فرکانس قطع تا بی نهایت) را هنگامی که ولتاژ خروجی 0.7071 یا 70.71 درصد ولتاژ ورودی آن است، یعنی در سطوح ورودی و خروجی -3dB (با محاسبه 20 log Vout/Vin) اجازه می دهد. این بدان معناست که پاسخ فرکانس یک HPF این است که سیگنال های فرکانس بالا از فرکانس قطع تا بی نهایت مجاز هستند. در فرکانس قطع، تغییر فاز سیگنال ورودی و سیگنال خروجی یکسان است، یعنی در 45 درجه. هنگامی که فرکانس یک سیگنال بیشتر از فرکانس قطع باشد، زاویه فاز صفر است. این بدان معناست که سیگنال خروجی نسبت به سیگنال ورودی در فرکانس های بالا در فاز است. زمان صرف شده برای شارژ و دشارژ خازن به صورت ثابت زمانی بیان می شود که با 'τ' نشان داده می شود. ثابت زمانی یک فیلتر بالاگذر RC به صورت τ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RC داده می شود. به عنوان Φ=tan-1 (2/1πfRC) که در آن 'fc' = فرکانس قطع در Hz'f' = فرکانس کاری در Hz'R' = مقدار مقاومت بر حسب اهم'C' = مقدار خازن در FaradsHigh Pass فیلتر با استفاده از Op-Amp: طراحی و پیاده سازی فیلتر بالا با استفاده از op-amp بسیار آسان است زیرا از شماره محدود استفاده می کند. قطعات الکترونیکی و حذف نویز و زمزمه. نمودار مدار فیلتر بالاگذر با استفاده از آپ امپ در زیر نشان داده شده است. RC HPF غیرفعال برای تقویت و کنترل افزایش ولتاژ به op-amp غیر معکوس متصل می شود.فیلتر High Pass با استفاده از Op-Amp خروجی توسط ویژگی های حلقه باز op-amp محدود می شود. خروجی RC HPF برای تقویت و کنترل بهره ولتاژ سیگنال خروجی به یک آپ امپ اعمال می شود. بهره ولتاژ فیلتر بالاگذر با استفاده از Op-amp به صورت Aᵥ= Vout/Vin=Af(f) داده می شود. /fc)/√(1+(f/fc)2) جایی که Av= افزایش ولتاژ بر حسب dB= 1+R2/R1Af = باند عبور gainfc= فرکانس قطع در Hzf = فرکانس کاری در هرتز وقتی f < fc (فرکانس‌های پایین) سپس Vout/Vin < AfWhen f = fc (در فرکانس قطع)، سپس Vout/Vin=Af/2 ^½ = 0.7071AfWhen f > fc (فرکانس‌های بالا)، سپس Vout/Vin = Af پهنای باند حلقه بسته Op-amp بالاترین فرکانس HPF را تعیین می کند که دارای بهره باند عبور ثابت Af است. مقدار بهره ولتاژ به صورتAv(dB) = 20 log (Vout/Vin)-3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin) داده می شود. )فیلتر High Pass Active اگر فیلتر High Pass RC به عنصر فعال مانند op-amp متصل شود تا فرکانس های بالا را مجاز کند و فرکانس های پایین را رد کند، به آن HPF فعال می گویند. پاسخ فرکانسی و تغییر فاز HPF فعال همانند RC HPF است. هدف از فیلتر بالا گذر فعال کنترل بهره ولتاژ و تقویت سیگنال خروجی است. نمودار مدار فیلتر بالاگذر فعال برای تقویت در زیر نشان داده شده است.HPF فعال برای تقویت مدار RC HPF به op-amp غیر معکوس متصل است. خروجی و فرکانس قطع فیلتر بالاگذر غیرفعال توسط آپ امپ کنترل می شود. جایی که مشخصه های پهنای باند و بهره آپ امپ فرکانس قطع را تعیین می کند. این نوع فیلتر به عنوان فیلتر باند گذر عمل می کند. Op-amp دامنه سیگنال خروجی را افزایش می دهد و بهره ولتاژ خروجی باند عبور به صورت 1+R2/R1 داده می شود که همان فیلتر پایین گذر است. تابع انتقال برای استخراج تابع انتقال فیلتر بالا گذر، ما این کار را انجام خواهیم داد. همانطور که در بالا نشان داده شده است یک مدار RC HPF غیرفعال را در نظر بگیرید. از مدار فوق ، Vo = ولتاژ خروجی در مقاومت Vi = ولتاژ ورودی اعمال شده در خازن با استفاده از تبدیل لاپلاس در دو طرف ورودی و خروجی ، H (s) = Vₒ (s)/ Vᵢ(s)H(s)=R/(R+(1/sC)) معادله فوق با جایگزینی s=jw در معادله بالا H(jω)=jωCR می شود،H(s)=sCR/(1+sCR) /(1+jωCR) سپس معادله تبدیل می شود مقدار تابع انتقال HPF به صورت|H(jω)|=ωCR/√(1+(ωCR)^2 )اگر ω = 0، تابع انتقال HPF = 0 ω = 1/CR، سپس تابع انتقال HPF = 0.707اگر ω = بی نهایت، پس تابع انتقال HPF = 1 از این رو ویژگی های تابع انتقال بالا نشان می دهد که فیلتر بالا گذر RC غیرفعال می تواند فرکانس های بالا را از فرکانس قطع به i اجازه دهد. nfinity اگر ω از 0 تا بی نهایت متغیر باشد از 1 تا 0 متغیر است. Butterworth HPF فیلتر بالا گذر Butterworth یکی از انواع HPF است که پاسخ فرکانس یکنواخت را در باند عبور ارائه می دهد. به دلیل پاسخ فرکانسی مسطح آن، هیچ موجی وجود نخواهد داشت. همچنین به عنوان یک فیلتر مسطح شناخته می شود که در برنامه های مختلفی استفاده می شود که در آن بهره حلقه بسته از باند عبور واحد است. نمودار مدار و پاسخ فرکانس فیلتر بالاگذر مرتبه اول Butterworth در زیر نشان داده شده است. اینها بسیار آسان و ساده برای طراحی هستند.Butterworth HPF افزایش با نرخ + 20dB/دهه برای Butterworth HPF مرتبه اول و برای مرتبه دوم Butterworth HPF، +40dB/دهه افزایش می یابد.ویژگی های Butterworth HPF برنامه های کاربردی کاربردهای فیلترهای بالا گذر بلندگوهایی برای تقویت سیگنال ها هستند پردازش تصویر مورد استفاده در تقویت جریان DC و برای کوپلینگ AC سیستم های کنترل و سیستم های پردازش صدا. تقسیم کننده های DSL در برنامه های تلفن RF بنابراین، این همه در مورد یک مرور کلی از فیلتر بالا گذر (هم نوع فعال و هم از نوع فعال) است. - تعریف، مدار، Butterworth HPF، HPF با استفاده از Op-amp و کاربردهای آن. در اینجا یک سوال برای شما وجود دارد، "مزایا و معایب فیلترهای High Pass چیست؟"

ترک یک پیام 

فهرست پیام