In diesem Artikel werden wir einige grundlegende Konzepte im Zusammenhang mit diskutieren aktiver Hochpassfilter Versuchen Sie, in den folgenden Abschnitten einige Fragen zu beantworten. Wir werden versuchen, einige wichtige Anwendungen aktiver Hochpassfilter mit Vorteil kennenzulernen.
- Was ist ein aktiver Hochpassfilter?
- Funktionsprinzip eines aktiven HPF
- Zeitverhalten & Frequenzgang
- Grenzfrequenz eines aktiven HPF
- Was ist eine Übertragungsfunktion für einen aktiven HPF?
- Entwerfen Sie einen aktiven HPF erster Ordnung
- Aktives HPF zweiter Ordnung
- Übertragungsfunktion für HPF zweiter Ordnung
- Vorteile des aktiven Hochpassfilters
- Anwendungen eines HPF
- FAQs
Definition des aktiven Hochpassfilters:
Ein aktiver Hochpassfilter ist nichts anderes als eine Schaltung, die eine aktive Komponente enthält, z Transistor, ein Operationsverstärker (Operationsverstärker) usw. Diese Komponenten werden hauptsächlich für eine bessere Leistung oder eine bessere Verstärkung verwendet.
Was sind die Komponenten eines aktiven Hochpassfilters?
Wir können einen aktiven Hochpassfilter erstellen, indem wir einen Operationsverstärker über a hinzufügen passiver Hochpassfilter.
Um Einfachheit, Zeiteffektivität und aufgrund wachsender Technologien ein Op-Amp-Design zu implizieren, im Allgemeinen ein Operationsverstärker wird für ein aktives Hochpassfilterdesign verwendet.
In einem aktiven Hochpassfilter besteht die Einschränkung in der Bandbreite des Operationsverstärkers. Dies bedeutet, dass der Operationsverstärker die Frequenz entsprechend seiner Verstärkung und den Open-Loop-Eigenschaften des Operationsverstärkers durchlässt.
Schaltplan des aktiven Hochpassfilters:
Active High Pass FilterIn der obigen Abbildung führt das CR-Netzwerk die Filterung durch, und der Operationsverstärker ist als Folger mit Einheitsverstärkung angeschlossen. Der Rückkopplungswiderstand, Rf, ist enthalten, um den Gleichstromversatz zu minimieren.
Hier
Das Spannung über dem Widerstand R,
Da die Verstärkung des Operationsverstärkers unendlich ist, können wir daraus ableiten.
Wo
= Durchlassbereichsverstärkung des Hochpassfilters,
f = Frequenz des Eingangssignals (Hz),
= Grenzfrequenz des Hochpassfilters (Hz)
Die Gewinngröße,
Und Phasenwinkel (in Grad),
Funktionsprinzip eines aktiven Hochpassfilters:
Filter erster Ordnung sind die einfachste Form von Filtern, die nur eine reaktive Komponente enthalten, dh einen Kondensator, wie er auch in passiven Filtern verwendet wird. Um es in ein aktives Filter umzuwandeln, wird ein Operationsverstärker an den Ausgang eines passiven Filters verwendet.
Jetzt wird der Operationsverstärker für verschiedene Konfigurationen verwendet. Jede Konfiguration verfügt über zusätzliche Attribute für die Leistung des Filters.
Die wichtigste Sache, an die man sich erinnern sollte, ist die Abrollrate eines Filters erster Ordnung. Die Abrollrate ist die Änderungsrate der Verstärkung eines Filters in seinem gewünschten Sperrbereich. Es zeigt uns die Steilheit in der Kurve und wie schnell das Wachstum mit der Frequenz zunimmt.
Filter erster Ordnung haben eine Abrollrate von 20 dB / Jahrzehnt or 6 dB / Oktave.
Roll-Off-Rate = -20 n dB / Dekade = -6 n dB / Oktave
Zeitverhalten und Frequenzgang eines aktiven HPF
Um ein Hochpassfilter zu betreiben, kann die Überprüfung anhand der Verstärkungsgrößengleichung wie folgt erfolgen:
Bei sehr niedriger Frequenz, dh., f <fc,
At f = fc,
At f >> fc,
Die Bandbreite des aktiven Hochpassfilters gibt den Wert der Frequenz an, von der Signale passieren dürfen. Als Beispiel, wenn die Bandbreite dieses Hochpassfilters als angegeben ist 50 kHzDies bedeutet, dass die einzigen Frequenzen von 50 kHz bis unendlich den Bandbreitenbereich passieren dürfen.
Der Phasenwinkel des Ausgangssignals beträgt +450 an der Grenze Frequenz. Die Formel zur Berechnung der Phasenverschiebung eines aktiven Hochpassfilters lautet
Ø = Arctan (1 / 2πfRC)
Aktive Hochpassfilter-Übertragungsfunktion
Die Impedanz des Kondensators ändert sich häufig, sodass elektronische Filter frequenzabhängig reagieren.
Die komplexe Impedanz eines Kondensators ist gegeben als:
Wobei s = σ +jω, ω lernen muss die Winkelfrequenz in Radianten pro Sekunde.
Die Übertragungsfunktion von a Stromkreis kann mit Standard-Schaltkreisanalyse gefunden werden Techniken wie z Ohmsches Gesetz, Kirchoffsches Gesetz, Überlagerungssatz, usw.
Die Form eines TF leitet sich von der ab Verhältnis von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung
Die Standardform der Übertragungsfunktion lautet:
Woher,
a1 = Signalamplitude
ω0 = Winkelgrenzfrequenz
Grenzfrequenz:
Was verstehen wir unter Grenzfrequenz?
Durch die Grenzfrequenz definieren wir den nützlichen oder wesentlichen Teil eines Spektrums. Es ist einfach ein Frequenzpegel über oder unter einem Gerät oder Filter, der nicht reagieren kann oder ordnungsgemäß betrieben werden kann.
Die Grenzfrequenz für ein aktives Hochpassfilter ist die bestimmte Frequenz, bei der die Last (Ausgangsspannung) auftritt entspricht 70.7% der Quell- (Eingangs-) Spannung. Die Ursprungs- oder Ausgangsspannung ist signifikanter als 70.7% der Eingangs- oder Lastspannung und umgekehrt.
Die Grenzfrequenz gibt auch die Frequenzen an, bei denen die Leistung des Ausgangspfads auf die Hälfte seines Maximalwerts fällt. Diese Halbwertspunkte entsprechen einem Abfall der Verstärkung von 3dB (0.7071) relativ zum maximalen dB-Wert.
Filterdesign des aktiven Hochpassfilters:
Um einen aktiven Hochpassfilter zu erstellen, müssen Sie die folgenden Schritte implementieren:
Ein Wert der Grenzfrequenz,
ist gewählt.
Ein Wert der Kapazität C, üblicherweise zwischen 0.001 und 0.1 uF, wird ausgewählt.
Der Wert des Widerstands R wird unter Verwendung der Beziehung berechnet,
Nun sind die Werte von R.1 und Rf werden abhängig von der gewünschten Durchlassbandverstärkung unter Verwendung der Beziehung ausgewählt,
Aktiver Hochpassfilter zweiter Ordnung:
Was ist ein Filter zweiter Ordnung?
Die maximale Verzögerung in jedem Abtastwert, die zum Erzeugen jedes Ausgangsabtastwerts verwendet wird, wird als bezeichnet Auftrag davon bestimmter Filter.
Filter zweiter Ordnung bestehen meist aus zwei RC Filter, die miteinander verbunden sind, um eine -Roll-Off-Rate von 40 dB / Dekade.
Wobei DC-Verstärkung des Verstärkers =
Die Übertragungsfunktion eines aktiven Hochpassfilters zweiter Ordnung kann aus der Übertragungsfunktion des Tiefpassfilters durch die Transformation erhalten werden,
- Durch Einsetzen von s = jω ist die Übertragungsfunktion,
In der obigen Gleichung ist, wenn ωà0, |H (jω)|=Somit ist die Niederfrequenzverstärkung des Filters Null.
Wenn wir es mit der Butterworth-Filterübertragungsfunktion vergleichen, erhalten wir
Der Frequenzgang eines aktiven Hochpassfilters zweiter Ordnung ist im obigen Diagramm dargestellt. Es wird angemerkt, dass der Filter eine sehr scharfe Abrollreaktion hat.
Das Entwurfsverfahren für einen Hochpass entspricht dem Tiefpass.
Der Frequenzgang ist maximal flach, dh er weist einen sehr scharfen Abrollgang auf.
Vorteile der Verwendung des aktiven Hochpassfilters:
Es gibt so viele wichtige Vorteile eines aktiver Hochpassfilter, einige von ihnen sind:
- Immer wenn ein kleines Signal vorhanden ist, wird ein aktives Hochpassfilter verwendet, um den Verstärkungsfaktor zu erhöhen, wodurch auch die Amplitude dieser kleinen Signale erhöht wird.
- Aufgrund der sehr hohen Eingangsimpedanz können aktive Hochpassfilter effiziente Signale ohne Verlust in einer vorhergehenden Schaltung übertragen.
- Aktive Filter haben normalerweise eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz, was perfekt ist, um effiziente Signale in die nächste Stufe zu übertragen, hauptsächlich wenn sie in verschiedenen mehrstufigen Filtern verwendet werden.
- Diese Art von Filtern gibt uns weiche Frequenzen.
- Sie haben eine scharfe Abrollreaktion.
- Starke Sendeleistung für Empfänger zur Auswahl der gewünschten Kanalfrequenz.
- Am besten für die Audioverarbeitung in jedem elektrischen oder elektronischen Gerät.
- Aktives HPF verhindert die Verstärkung durch Gleichstrom usw.
Anwendung des aktiven Hochpassfilters:
- Übertragung höherer Frequenzen bei Videofiltern.
- Wir verwenden HPF als Höhenentzerrer.
- Wir verwenden HPF häufig als Höhenverstärkungsfilter.
- Wir ändern die Frequenz in Abhängigkeit von verschiedenen Wellenformen.
- Aktive Hochpassfilter werden auch in Oszilloskopen verwendet.
- Im Generator werden diese Filter verwendet.
Häufig gestellte Fragen
Wo werden Hochpassfilter eingesetzt?
Die Hochpassfilter werden in allen Audioquellen verwendet, um unerwünschte Geräusche zu entfernen, die unter den wichtigen Frequenzen lauern.
Viele unerwünschte Geräusche können durch einen lauteren Kern eines Signals mit hoher Tonhöhe verborgen und übersehen werden. Wir können das Rumpeln aufgrund der Hörgrenzen nicht hören, da die untersten Teile des Spektrums bei etwa 20-40 Hz liegen. Hochpassfilter eliminieren auch diese Geräusche oder reduzieren sie, wodurch sie nahezu geräuschlos werden.
Kann ich den Ausgang eines Hochpassfilters als Stromquelle erhalten?
Ein Hochpassfilter ist ein elektronisches Filter, das Signale mit höheren Frequenzen durchlässt, die über dem Grenzfrequenzbereich liegen, und auch die Frequenzen dämpft, die unter dem Grenzbereich liegen.
Jetzt hat der Ausgang des spezifischen Hochpassfilters aufgrund seiner spezifizierten Grenzfrequenz (f) keine Gleichspannung (0 Hz)c). Die niedrigere Grenzfrequenz eines aktiven Hochpassfilters beträgt 70.7% oder -3 dB (dB = -20 log V. /Vin) der Spannungsverstärkung, die es passieren lässt, kann auch als Stromversorgung verwendet werden.
Was bedeutet Eckfrequenz in Bezug auf Hochpassfilter?
Die Eckfrequenz, die auch als Grenzfrequenz bezeichnet wird, definiert eine bestimmte Frequenz, bei der die Übertragungsdämpfung -3 dB unter (50%) der Größe vom 0-dB- oder Durchlassbandpegel erreicht.
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