In dit artikel zullen we enkele basisconcepten bespreken die verband houden met actief hoogdoorlaatfilter en probeer in de volgende paragrafen een paar vragen te beantwoorden en we zullen met voordeel proberen meer te leren over een aantal belangrijke toepassingen van actieve hoogdoorlaatfilters.
- Wat is een actief hoogdoorlaatfilter?
- Werkingsprincipe van een actieve HPF
- Tijdsrespons en frequentierespons
- Afsnijfrequentie van een actieve HPF
- Wat is een overdrachtsfunctie voor een actieve HPF
- Ontwerp een eerste order actieve order HPF
- Tweede orde actieve HPF
- Overdrachtfunctie voor HPF van de tweede orde
- Voordelen van actief hoogdoorlaatfilter
- Toepassingen van een HPF
- FAQS
Actieve hoogdoorlaatfilterdefinitie:
Een actief hoogdoorlaatfilter is niets anders dan een circuit dat een actief onderdeel bevat, zoals a transistor, een operationele versterker (op-amp), enz. Deze componenten worden voornamelijk gebruikt voor betere prestaties of betere versterking.
Wat zijn de componenten van een actief hoogdoorlaatfilter?
We kunnen een actief hoogdoorlaatfilter maken door een op-amp toe te voegen over een passief hoogdoorlaatfilter.
Om eenvoud, tijdeffectiviteit en vanwege groeiende technologieën een op-amp-ontwerp te impliceren, over het algemeen een op-amp wordt gebruikt voor een actief hoogdoorlaatfilterontwerp.
In een actief hoogdoorlaatfilter is de beperking die we hebben de op-amp-bandbreedte. Dit betekent dat de op-amp de frequentie zal doorgeven op basis van zijn versterking en de open-loop-kenmerken van de op-amp.
Schakelschema van actief hoogdoorlaatfilter:
Active High Pass FilterIn de bovenstaande afbeelding doet het CR-netwerk het filteren en is de op-amp verbonden als een eenheidsversterkende volger. De feedbackweerstand, Rf, is inbegrepen om de dc-off-set te minimaliseren.
Hier
De spanning over de weerstand R,
Omdat op-amp-versterking oneindig is, kunnen we daarom afleiden.
Waar
= Doorlaatbandversterking van het hoogdoorlaatfilter,
f = frequentie van het ingangssignaal (Hz),
= afsnijfrequentie van het hoogdoorlaatfilter (Hz)
De winstomvang,
En fasehoek (in graden),
Werkingsprincipe van een actief hoogdoorlaatfilter:
Filters van de eerste orde zijn de eenvoudigste vorm van filters die slechts één reactieve component bevatten, namelijk een condensator, aangezien deze ook wordt gebruikt in passieve filters. Om het in een actief filter om te zetten, wordt een op-amp gebruikt voor de uitvoer van een passief filter.
Nu wordt de op-amp gebruikt voor verschillende configuraties. Elke configuratie heeft extra attributen voor de prestaties van het filter.
Het belangrijkste dat u moet onthouden, is de afrolsnelheid van een filter van de eerste orde. De afrolsnelheid is de snelheid waarmee de versterking van een filter in zijn gewenste stopband verandert. Het toont ons hoe steil de curve is en hoe snel de groei met de frequentie toeneemt.
First-order filters hebben een roll-off rate van 20dB / decennium or 6dB / octaaf.
Roll Off-snelheid = -20n dB / decennium = -6n dB / octaaf
Time Response & Frequency Response van een actieve HPF
Om een hoogdoorlaatfilter te gebruiken, kan de verificatie als volgt worden gedaan aan de hand van de gain-magnitude-vergelijking:
Bij zeer lage frequentie, dwz., f <fc,
At f = fc,
At f >> fc,
De bandbreedte van het actieve hoogdoorlaatfilter toont de waarde van de frequentie waaruit signalen mogen passeren. Als een voorbeeld, als de bandbreedte van dat hoogdoorlaatfilter wordt gegeven als 50 kHz, dat betekent dat de enige frequenties van 50 kHz tot oneindig het bereik van de bandbreedte mogen passeren.
De fasehoek van het uitgangssignaal is +450 bij de cut-off frequentie. De formule om de faseverschuiving van een actief hoogdoorlaatfilter te berekenen is
Ø = arctan (1 / 2πfRC)
Actieve overdrachtsfunctie hoogdoorlaatfilter
De impedantie van de condensator blijft regelmatig veranderen, dus elektronische filters hebben een frequentieafhankelijke respons.
De complexe impedantie van een condensator wordt gegeven als,
Waar, s = σ +jω, ω is de hoekfrequentie in radialen per seconde.
De overdrachtsfunctie van a circuit kan worden gevonden met behulp van standaard circuitanalyse technieken zoals De wet van Ohm, de wet van Kirchoff, de superpositie-stelling, Etc.
De vorm van een TF is afgeleid van de verhouding tussen uitgangsspanning en ingangsspanning
De standaardvorm van de overdrachtsfunctie is:
Waar,
a1 = Amplitude van signaal
ω0 = Hoekige afsnijfrequentie
Afgesneden frequentie:
Wat bedoelen we met afsnijfrequentie?
Door de afsnijfrequentie definiëren we het nuttige of essentiële deel van een spectrum. Het is gewoon een frequentieniveau boven of onder een apparaat of filter dat niet kan reageren of goed kan worden bediend.
De afsnijfrequentie voor een actief hoogdoorlaatfilter is de specifieke frequentie waarop de belasting (uitgang) spanning is gelijk aan 70.7% van de bron (ingang) spanning. De oorsprong of uitgangsspanning is groter dan 70.7% van de ingangs- of belastingsspanning en vice versa.
De afsnijfrequentie geeft ook de frequenties aan waarbij het vermogen van het uitgangspad tot de helft van zijn maximale waarde daalt. Deze halve krachtpunten komen overeen met een daling van de winst van 3dB (0.7071) ten opzichte van de maximale dB-waarde.
Filterontwerp van actief hoogdoorlaatfilter:
Om een actief hoogdoorlaatfilter te construeren, moeten we de volgende stappen implementeren:
Een waarde van de afsnijfrequentie,
is gekozen.
Een waarde van de capaciteit C, gewoonlijk tussen 0.001 en 0.1 µF, wordt geselecteerd.
De waarde van de weerstand R wordt berekend met behulp van de relatie,
Nu, de waarden van R1 en Rf worden geselecteerd afhankelijk van de gewenste doorlaatbandversterking, met behulp van de relatie,
Tweede orde actief hoogdoorlaatfilter:
Wat is een tweede-orde-filter?
De maximale vertraging in elke sample die wordt gebruikt bij het genereren van elke uitvoersample wordt de bestellen van dat bepaald filter.
Filters van de tweede orde bestaan meestal uit twee RC-filter, die met elkaar zijn verbonden om een -40dB / decennium afrolsnelheid.
Waar DC-versterking van de versterker =
De overdrachtsfunctie van een actief hoogdoorlaatfilter van de tweede orde kan worden verkregen uit de overdrachtsfunctie van het laagdoorlaatfilter door de transformatie,
- Door s = jω te vervangen, is de overdrachtsfunctie,
In de bovenstaande vergelijking, wanneer ωà0, |H (jω)|=0. Dus de laagfrequente versterking van het filter is nul.
Als we het vergelijken met de Butterworth-filteroverdrachtsfunctie, krijgen we
De frequentierespons van een actief hoogdoorlaatfilter van de tweede orde wordt weergegeven in het bovenstaande diagram. Opgemerkt wordt dat het filter een zeer scherpe afrolreactie heeft.
De ontwerpprocedure voor een hoge doorlaat is hetzelfde als een lage doorlaat.
De frequentierespons zal maximaal vlak zijn, dwz een zeer scherpe afrolrespons hebben.
Voordelen van het gebruik van een actief hoogdoorlaatfilter:
Er zijn zoveel essentiële voordelen van een actief hoogdoorlaatfilter, sommige ervan zijn:
- Wanneer er een klein signaal aanwezig is, wordt een actief hoogdoorlaatfilter gebruikt om de versterkingsfactor te verhogen, waardoor ook de amplitude van die kleine signalen toeneemt.
- Vanwege de zeer hoge ingangsimpedantie kunnen actieve hoogdoorlaatfilters efficiënte signalen overdragen zonder enig verlies in een voorgaande schakeling.
- Actieve filters hebben meestal een zeer lage uitgangsimpedantie, wat perfect is voor het overbrengen van efficiënte signalen naar de volgende fase, meestal wanneer ze worden gebruikt in verschillende meertrapsfilters.
- Dit type filters geeft ons vloeiende frequenties.
- Ze hebben een scherpe afrolreactie.
- Sterk zendvermogen naar ontvangers om de gewenste kanaalfrequentie te selecteren.
- Beste voor audioverwerking in elk elektrisch of elektronisch apparaat.
- Actieve HPF voorkomt versterking van DC etc.
Toepassing van actief hoogdoorlaatfilter:
- Om een hogere frequentie te verzenden in het geval van videogerelateerde filters.
- We gebruiken HPF als een treble-equalizer.
- We gebruiken vaak HPF als een treble-boostfilter.
- We veranderen de frequentie afhankelijk van verschillende golfvormen.
- Actieve hoogdoorlaatfilters worden ook gebruikt in oscilloscopen.
- In de generator worden deze filters gebruikt.
Veelgestelde Vragen / FAQ
Waar worden hoogdoorlaatfilters gebruikt?
De hoogdoorlaatfilters worden in alle audiobronnen gebruikt om ongewenste ruis te verwijderen die onder de belangrijke frequenties op de loer ligt.
Veel ongewenste geluiden kunnen worden verborgen door een luidere kern van een hoog signaal en kunnen over het hoofd worden gezien. We krijgen het gerommel niet te horen vanwege de gehoorgrenzen, aangezien de laagste delen van de spectrums rond de 20-40 Hz liggen. Hoogdoorlaatfilters elimineren ook die geluiden of verminderen het, waardoor ze bijna stil zijn.
Kan ik de output van een hoogdoorlaatfilter als stroombron krijgen?
Een hoogdoorlaatfilter is een elektronisch filter dat signalen met hogere frequenties doorlaat die boven het afsnijfrequentiebereik liggen en ook de frequenties die onder het afsnijbereik liggen verzwakt.
Nu heeft de uitgang van het specifieke hoogdoorlaatfilter geen DC (0Hz) spanning vanwege de gespecificeerde afsnijfrequentie (fc). De lagere afsnijfrequentie van een actief hoogdoorlaatfilter is 70.7% of -3dB (dB = -20log Vuit/Vin) van de spanningsversterking die het toelaat, kan ook als voeding worden gebruikt.
Wat betekent hoekfrequentie met betrekking tot hoogdoorlaatfilter?
De hoekfrequentie, ook wel afsnijfrequentie genoemd, definieert een specifieke frequentie waarbij de overdrachtsverzwakking -3dB onder (50%) de magnitude van het 0dB- of doorlaatbandniveau bereikt.
Om meer te lezen over elektronica klik hier
Hallo, ik ben Soumali Bhattacharya. Ik heb de master Elektronica gedaan.
Ik ben momenteel geïnvesteerd op het gebied van elektronica en communicatie.
Mijn artikelen zijn gericht op de belangrijkste gebieden van de kernelektronica in een zeer eenvoudige maar informatieve benadering.
Ik ben een levendige leerling en probeer mezelf op de hoogte te houden van de nieuwste technologieën op het gebied van elektronica.
Laten we verbinding maken via LinkedIn –
Hallo medelezer,
We zijn een klein team bij Techiescience, dat hard werkt tussen de grote spelers. Als je het leuk vindt wat je ziet, deel dan onze inhoud op sociale media. Uw steun maakt een groot verschil. Bedankt!