In questo articolo, discuteremo di alcuni concetti di base relativi a filtro passa alto attivo e proveremo a rispondere ad alcune domande nelle sezioni seguenti e proveremo a conoscere alcune importanti applicazioni dei filtri passa alto attivi con vantaggio.
- Cos'è un filtro passa alto attivo?
- Principio di funzionamento di un HPF attivo
- Risposta in tempo e risposta in frequenza
- Frequenza di taglio di un HPF attivo
- Cos'è una funzione di trasferimento per un HPF attivo
- Progettare un HPF per ordini attivi del primo ordine
- HPF attivo di secondo ordine
- Funzione di trasferimento per HPF di secondo ordine
- Vantaggi del filtro passa alto attivo
- Applicazioni di un HPF
- FAQS
Definizione filtro passa alto attivo:
Un filtro passa alto attivo non è altro che un circuito che contiene un componente attivo come a transistor, un amplificatore operazionale (amplificatore operazionale), ecc. Questi componenti sono utilizzati principalmente per prestazioni migliori o una migliore amplificazione.
Quali sono i componenti di un filtro passa alto attivo?
Possiamo creare un filtro passa-alto attivo aggiungendo un amplificatore operazionale su un file filtro passa alto passivo.
Per implicare semplicità, efficienza nel tempo e, grazie alle tecnologie in crescita, la progettazione di un amplificatore operazionale, generalmente, un amplificatore operazionale viene utilizzato per un progetto di filtro passa alto attivo.
In un filtro passa-alto attivo, la limitazione che abbiamo è la larghezza di banda dell'amplificatore operazionale. Significa che l'amplificatore operazionale passerà la frequenza in base al suo guadagno e alle caratteristiche ad anello aperto dell'amplificatore operazionale.
Schema del circuito del filtro passa alto attivo:
Active High Pass FilterNella figura sopra, la rete CR esegue il filtraggio e l'amplificatore operazionale è collegato come follower a guadagno unitario. Il resistore di feedback, Rf, è incluso per ridurre al minimo l'offset cc.
Qui,
I tensione ai capi della resistenza R,
Poiché il guadagno dell'amplificatore operazionale è infinito, possiamo quindi derivare.
Dove
= Guadagno banda passante del filtro passa alto,
f = Frequenza del segnale di ingresso (Hz),
= frequenza di taglio del filtro passa alto (Hz)
La grandezza del guadagno,
E angolo di fase (in gradi),
Principio di funzionamento di un filtro passa alto attivo:
I filtri del primo ordine sono la forma più semplice di qualsiasi filtro che contenga un solo componente reattivo, cioè il condensatore, poiché viene utilizzato anche nei filtri passivi. Per trasformarlo in un filtro attivo, un amplificatore operazionale viene utilizzato per l'uscita di un filtro passivo.
Ora, l'amplificatore operazionale viene utilizzato per diverse configurazioni. Ogni configurazione ha attributi aggiuntivi per le prestazioni del filtro.
La cosa principale da ricordare è il tasso di roll-off di un filtro di primo ordine. Il tasso di roll-off è il tasso di variazione del guadagno di un filtro nella sua banda di arresto desiderata. Ci mostra la pendenza della curva e quanto velocemente la crescita tende ad aumentare con la frequenza.
I filtri del primo ordine hanno un tasso di roll-off di 20dB / decade or 6dB / ottava.
Velocità di roll off = -20n dB / decade = -6n dB / ottava
Risposta in tempo e risposta in frequenza di un HPF attivo
Per azionare un filtro passa-alto, la verifica può essere eseguita dall'equazione della grandezza del guadagno come segue:
A frequenza molto bassa, cioè., f <fc,
At f = fc,
At f >> fc,
La larghezza di banda del filtro passa alto attivo mostra il valore della frequenza dalla quale i segnali possono passare. Ad esempio, se la larghezza di banda di quel filtro passa alto è data come 50 kHz, ciò significa che le sole frequenze da 50 kHz a infinito possono passare la gamma di larghezza di banda.
L'angolo di fase del segnale di uscita è +450 al limite frequenza. La formula per calcolare lo sfasamento di un filtro passa alto attivo è
Ø = arctan (1 / 2πfRC)
Funzione di trasferimento del filtro passa-alto attivo
L'impedenza del condensatore continua a cambiare frequentemente, quindi i filtri elettronici hanno una risposta dipendente dalla frequenza.
L'impedenza complessa di un condensatore è data come,
Dove, s = σ +jω, ω Europe è frequenza angolare in radianti al secondo.
La funzione di trasferimento di a circuito può essere trovato utilizzando l'analisi del circuito standard tecniche come Legge di Ohm, legge di Kirchoff, teorema di sovrapposizione, ecc.
La forma di una TF è derivata da rapporto tra tensione di uscita e tensione di ingresso
La forma standard della funzione di trasferimento è:
Dove,
a1 = Ampiezza del segnale
ω0 = Frequenza di taglio angolare
Frequenza di taglio:
Cosa si intende per frequenza di taglio?
Per frequenza di taglio, definiamo la parte utile o essenziale di uno spettro. È semplicemente un livello di frequenza al di sopra o al di sotto di un dispositivo o di un filtro che non può rispondere o può essere utilizzato correttamente.
La frequenza di taglio per un filtro passa alto attivo è la particolare frequenza alla quale la tensione di carico (uscita) è uguale a 70.7% della tensione di sorgente (ingresso). La tensione di origine o di uscita è più significativa del 70.7% della tensione di ingresso o di carico e viceversa.
La frequenza di taglio indica anche le frequenze alle quali la potenza del percorso di uscita scende a metà del suo valore massimo. Questi punti di mezza potenza corrispondono a una diminuzione del guadagno di 3dB (0.7071) relativo al valore massimo in dB.
Progettazione del filtro del filtro passa alto attivo:
Per costruire un filtro passa alto attivo, dobbiamo implementare i seguenti passaggi:
Un valore della frequenza di taglio,
è scelto.
Viene selezionato un valore della capacità C, normalmente compreso tra 0.001 e 0.1µF.
Il valore della resistenza R viene calcolato utilizzando la relazione,
Ora, i valori di R1 e Rf vengono selezionati in base al guadagno della banda passante desiderato, utilizzando la relazione,
Filtro passa alto attivo di secondo ordine:
Cos'è un filtro di secondo ordine?
Il ritardo massimo in ogni campione utilizzato nella generazione di ogni campione di output è chiamato minimo di quella filtro particolare.
I filtri di secondo ordine sono costituiti principalmente da due Filtro RC, che è collegato insieme per fornire un -Tasso di roll-off di 40 dB / decennio.
Dove guadagno DC dell'amplificatore =
La funzione di trasferimento di un filtro passa alto attivo di secondo ordine può essere ottenuto dalla funzione di trasferimento del filtro passa basso mediante trasformazione,
- Sostituendo s = jω, la funzione di trasferimento è,
Nell'equazione precedente, quando ωà0, |H (jω)|=0. Pertanto il guadagno a bassa frequenza del filtro è zero.
Se lo confrontiamo con la funzione di trasferimento del filtro di Butterworth, otteniamo
La risposta in frequenza di un filtro passa-alto attivo di secondo ordine è mostrata nel diagramma sopra. Si noti che il filtro ha una risposta roll-off molto nitida.
La procedura di progettazione per un passaggio alto sarà la stessa del passaggio basso.
La risposta in frequenza sarà al massimo piatta, cioè con una risposta di roll-off molto forte.
Vantaggi dell'utilizzo del filtro passa alto attivo:
Ci sono così tanti vantaggi vitali di un file filtro passa alto attivo, alcuni di loro sono:
- Ogni volta che è presente un piccolo segnale, viene utilizzato un filtro passa alto attivo per aumentare il fattore di amplificazione, che aumenta anche l'ampiezza di quei piccoli segnali.
- A causa dell'elevata impedenza di ingresso, i filtri passa-alto attivi possono trasferire segnali efficienti senza alcuna perdita in alcun circuito precedente.
- I filtri attivi di solito hanno un'impedenza di uscita molto bassa, perfetta per trasferire segnali efficienti allo stadio successivo, soprattutto quando vengono utilizzati in diversi filtri multistadio.
- Questo tipo di filtri ci dà frequenze morbide.
- Hanno una forte risposta di roll-off.
- Forte potenza di trasmissione ai ricevitori per selezionare la frequenza del canale desiderata.
- Ideale per l'elaborazione audio in qualsiasi dispositivo elettrico o elettronico.
- L'HPF attivo impedisce l'amplificazione da CC ecc.
Applicazione del filtro passa alto attivo:
- Per trasmettere una frequenza più alta in caso di filtri relativi al video.
- Usiamo HPF come equalizzatore degli acuti.
- Usiamo spesso HPF come filtro per l'aumento degli alti.
- Stiamo cambiando la frequenza a seconda delle diverse forme d'onda.
- I filtri passa-alto attivi vengono utilizzati anche negli oscilloscopi.
- Nel generatore vengono utilizzati questi filtri.
Domande frequenti
Dove vengono utilizzati i filtri passa alto?
I filtri passa alto vengono utilizzati in tutte le sorgenti audio per rimuovere il rumore indesiderato che si nasconde al di sotto delle frequenze importanti.
Molti suoni indesiderati possono essere nascosti da un nucleo più forte di un segnale di tono alto e possono essere trascurati. Non riusciamo a sentire il rombo a causa dei limiti dell'udito poiché le parti più basse degli spettri sono intorno ai 20-40 Hz. I filtri passa alto eliminano anche quei rumori o li riducono rendendoli quasi silenziosi.
Posso ottenere l'uscita di un filtro passa alto come fonte di alimentazione?
Un filtro passa alto è un filtro elettronico che fa passare i segnali con frequenze più alte che sono al di sopra della gamma di frequenza di taglio e attenua anche le frequenze che sono al di sotto della gamma di taglio.
Ora, l'uscita del filtro passa alto specifico non ha tensione CC (0Hz) a causa della frequenza di taglio specificata (fc). La frequenza di taglio inferiore di un filtro passa-alto attivo è 70.7% o -3dB (dB = -20log Vsu/Vin) del guadagno di tensione che consente di passare può essere utilizzato anche come alimentatore.
Cosa significa frequenza d'angolo rispetto al filtro passa-alto?
La frequenza d'angolo, chiamata anche frequenza di taglio, definisce una frequenza specifica alla quale l'attenuazione del trasferimento raggiunge -3dB sotto (50%) l'ampiezza dal livello 0dB o banda passante.
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Ciao, sono Soumali Bhattacharya. Ho fatto il Master in Elettronica.
Attualmente sono investito nel campo dell'elettronica e della comunicazione.
I miei articoli si concentrano sulle principali aree dell'elettronica di base in un approccio molto semplice ma informativo.
Sono uno studente brillante e cerco di mantenermi aggiornato con tutte le ultime tecnologie nel campo dei domini dell'elettronica.
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