Passiivinen ylipäästösuodatin

Aikaisemmin keskustelimme passiivisesta alipäästösuodattimesta, nyt on aika tarkastella tietoa passiivisesta alipäästösuodattimesta.

Sama kuin aikaisemmin, jos katsot nimeä, se näyttää "passiivinen", "korkea", "läpäisty" ja "suodatin". Joten, kuten nimestä voi päätellä, se on suodatin, joka estää matalat taajuudet, mutta välittää korkean taajuuden ennalta määrätyn arvon yläpuolelle, joka lasketaan kaavalla.

Se on "passiivinen", mikä tarkoittaa, ettei ulkoista virtaa tai tulosignaalin vahvistusta; teemme piirin käyttämällä "passiivisia" komponentteja, jotka eivät vaadi ulkoista virtalähdettä. Passiiviset komponentit ovat samat kuin alipäästösuodatin, mutta yhteysjärjestys muuttuu täsmälleen päinvastaiseksi. Passiiviset komponentit ovat vastus (R) ja

kondensaattori (C). Jälleen se on RC-suodattimen kokoonpano.

Katsotaanpa, mitä tapahtuu, jos rakennamme piirin ja tarkistamme vastauksen tai “Bode Plotin”…

Tässä on tämän kuvan piiri:

Tämä on RC-suodatin. Yleensä tulosignaali syötetään tämän sarjan yhdistelmä on ei-polarisoidun kondensaattori ja vastus. Se on ensimmäisen kertaluvun suodatin, koska piirissä on vain yksi reaktiivinen komponentti, joka on kondensaattori. Suodatettu lähtö on saatavana vastuksen yli. Tämän duon yhdistelmä on täsmälleen päinvastoin kuin alipäästösuodatin. Jos verrataan virtapiiriä alipäästösuodattimeen, näemme, että vastuksen ja kondensaattorin sijainti on vaihdettu.

Kuinka ylipäästösuodatin toimii?

Matalilla taajuuksilla kondensaattorin reaktanssi on erittäin suuri, että se toimii kuin avoin piiri ja estää tulosignaalin rajataajuuspisteen (fc) alapuolella. Mutta kun rajataajuuspiste saavuttaa kondensaattorin reaktanssin, se alkaa laskea ja antaa signaalin kulkea suoraan. Näemme tämän yksityiskohtaisesti taajuusvastekäyrässä.

Tässä on käyrä, miltä se näyttää samanlaiselta kondensaattorin lähdössä: -

Taajuusvaste ja rajataajuus

Tämä on ensimmäisen asteen ylipäästösuodatinpiirin taajuusvastekäyrä.

f c Onko suodattimen rajataajuus. On 3dB vaiheessa signaali annetaan kulkea. Tämä -3dB tarkoittaa myös rajataajuutta. 10 Hz: stä katkaisutaajuuteen signaalin ei sallita kulkea, koska taajuus on matala taajuus, tässä vaiheessa se on pysäytyskaistan osa, jossa signaalin ei saa kulkea suodattimesta, mutta rajataajuuden yläpuolella. -3dB osaa kutsutaan päästökaistan sijainniksi, jossa signaalin annetaan kulkea. Käyrän kaltevuus on + 20dB vuosikymmenessä. Aivan alipäästösuodattimen vastakohta.

Vahvistuksen laskentakaava on sama kuin käytimme edellisessä opetusohjelmassa passiivisessa alipäästösuodattimessa.

Vahvistus (dB) = 20 log (Vout / Vin)

Katkaisusignaalin jälkeen piirin vasteet kasvavat vähitellen Vin: iin 0: sta ja tämä lisäys tapahtuu + 20dB / vuosikymmen. Jos laskemme kasvun oktaavia kohti, se on 6dB.

Tämä taajuusvastekäyrä on ylipäästösuodattimen Bode- käyrä. Valitsemalla oikea kondensaattori ja oikea vastus voimme pysäyttää matalat taajuudet, rajoittaa suodatinpiirien läpi kulkevaa signaalia vaikuttamatta signaaliin, koska aktiivista vastausta ei ole.

Yllä olevassa kuvassa on sana Kaistanleveys. Se osoittaa, minkä taajuuden jälkeen signaali antaa kulkea. Joten, jos se on 600 Khz: n ylipäästösuodatin, kaistanleveys on välillä 600Khz - Infinity. Koska se sallii kaikkien signaalien siirtämisen rajataajuuden yläpuolelle.

Katkaisutaajuudella saamme -3dB vahvistuksen. Siinä vaiheessa, jos verrataan lähtösignaalin amplitudia tulosignaaliin, näemme, että lähtösignaalin amplitudi olisi 70,7% tulosignaalista. Myös -3dB: n vahvistuksessa kapasitiivinen reaktanssi ja vastus olisivat yhtä suuret. R = Xc.

Mikä on rajataajuuden kaava?

Katkaisutaajuuden kaava on täsmälleen sama kuin alipäästösuodattimen.

f c = 1 / 2πRC

Joten R on vastus ja C on kapasitanssi. Jos asetamme arvon, tiedämme rajataajuuden.

Lähtöjännitteen laskenta

Katsotaanpa ensimmäinen kuva, piiri, jossa 1 vastusta ja yhtä kondensaattoria käytetään muodostamaan ylipäästösuodatin tai RC-piiri.

Kun DC-signaali syötetään piirin yli, sen piirin vastus, joka aiheuttaa pudotuksen virran virtauksen aikana. Mutta AC-signaalin tapauksessa se ei ole vastus, vaan impedanssi on vastuussa jännitteen pudotuksesta, joka mitataan myös ohmina.

RC-piirissä on kaksi resistiivistä asiaa. Yksi on vastus ja toinen on kondensaattorin kapasitiivinen reaktanssi. Joten meidän on ensin mitattava kondensaattorin kapasitiivinen reaktanssi, koska sitä tarvitaan piirien impedanssin laskemiseen.

Ensimmäinen resistiivinen oppositio on kapasitiivinen reaktanssi, kaava on: -

Xc = 1 / 2πfC

Kaavan tulos on ohmia, koska Ohms on kapasitiivisen reaktanssin yksikkö, koska se on oppositio tarkoittaa Resistanssia.

Toinen oppositio on itse vastus. Vastuksen arvo on myös vastus.

Joten, yhdistämällä tämä kaksi vastustusta, saadaan kokonaisresistanssi, joka on impedanssi RC (AC-signaalitulo) -piirissä.

Impedanssi tarkoittaa Z: tä

Kaava on: -

Kuten aiemmin matalalla taajuudella keskusteltiin, kondensaattorin reaktanssi on liian korkea, jotta se toimii avoimena piirinä, kondensaattorin reaktanssi on ääretön matalalla taajuudella, joten se estää signaalin. Lähtövahvistus on tuolloin 0, ja lohkon takia lähtöjännite pysyy 0, kunnes rajataajuus on saavutettu.

Mutta suurella taajuudella tapahtuu päinvastoin , kondensaattorin reaktanssi on liian matala, jotta se toimisi oikosulkuna, kondensaattorin reaktanssi on 0 suurella taajuudella, joten se siirtää signaalin. Lähtövoimakkuus on tuolloin 1, eli yhtenäisyyden vahvistustilanne ja yhtenäisyysvahvistuksen vuoksi lähtöjännite on sama kuin tulojännite katkaisutaajuuden saavuttamisen jälkeen.

Esimerkki laskennasta

Kuten tiedämme jo, mitä piirin sisällä tapahtuu, ja kuinka selvittää arvo. Valitaan käytännön arvot.

Poimitaan yleisin arvo vastuksessa ja kondensaattorissa, 330 k ja 100 pF. Valitsimme arvon, koska se on laajasti saatavilla ja sitä on helpompi laskea.

Katsotaanpa, mikä on rajataajuus ja mikä on lähtöjännite.

Katkaisutaajuus on: -

Ratkaisemalla tämä yhtälö, rajataajuus on 4825Hz tai 4,825Khz.

Katsotaanpa, onko se totta vai ei…

Tämä on esimerkin piiri.

Kuten aiemmin kuvattu taajuusvaste, joka katkaisutaajuudella, dB on

-3dB, taajuuksista riippumatta. Etsimme -3dB lähtösignaalista ja katsomme, onko se 4825Hz (4.825Khz) vai ei.

Tässä on taajuusvaste: -

Asetetaan kohdistin arvoon -3dB ja katsotaan tulos.

Kuten näemme taajuusvasteen (kutsutaan myös nimellä Bode Plot), asetamme kohdistimen arvoon -3,03 dB ja saamme 4,814KHz kaistanleveystaajuuden.

Vaihevaihto

Vaihekulma tarkoittaa, että φ (Phi) on ulostulossa +45

Tämä on piirin vaihesiirto, jota käytetään käytännön esimerkkinä.

Selvitetään vaihesiirron arvo rajataajuudella: -

Asetamme kohdistimen arvoon +45

Tämä on toisen asteen ylipäästösuodatin. Kondensaattori ja vastus on ensimmäinen järjestys ja Kondensaattori1 ja Vastus1 on toinen järjestys. Porrastettuna ne muodostavat toisen asteen ylipäästösuodattimen.

Toisen kertaluvun suodattimen kaltevuus on 2 x + 20 dB / vuosikymmen tai + 40 dB (12 dB / oktaavi).

Tässä on vastekäyrä: -

Kaltevuus on + 20dB / vuosikymmen ja punainen loppulähdössä, jonka kaltevuus on + 40dB / vuosikymmen.

Tämä laskee toisen asteen ylipäästöpiirin katkaisutaajuuden.

Aivan kuten alipäästösuodatin, ei ole niin hyvä kaskada kahta passiivista ylipäästösuodatinta, koska kunkin suodatinjärjestyksen dynaaminen impedanssi vaikuttaa toiseen verkkoon samassa piirissä.

Sovellukset

Alipäästösuodatin on laajalti käytetty piiri elektroniikassa.

Tässä on muutama sovellus: -

Äänivastaanotin ja taajuuskorjain
Musiikin ohjausjärjestelmä ja diskantin taajuusmodulaatio.
Toimintogeneraattori
Katodisäde-televisio ja oskilloskooppi.
Neliöaaltogeneraattori kolmion aallosta.
Pulssigeneraattorit.
Ramppi askelgeneraattoreille.