MỘT bộ lọc thông cao là bộ lọc điện tử cho phép tín hiệu có tần số cao hơn tần số giới hạn nhất định và làm suy giảm tín hiệu ở tần số thấp hơn tần số giới hạn đó. Bộ lọc này nghịch đảo với bộ lọc thông thấp và còn được gọi là HPF, bộ lọc cắt âm trầm hoặc bộ lọc cắt thấp. Sự kết hợp của bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông cao được gọi là bộ lọc thông dải chỉ cho phép các tần số trong một phạm vi cụ thể. Có nhiều loại bộ lọc thông cao khác nhau dựa trên thiết kế của mạch cũng như các thành phần được sử dụng để thiết kế bộ lọc như; bộ lọc thông cao chủ động, HPF thụ động, RC HPF, HPF bậc một, HPF bậc hai, Butterworth , bộ lọc thông cao Chebyshev và Bessel. Bài viết này giải thích ngắn gọn về bộ lọc thông cao thụ động, mạch, hoạt động, các loại và ứng dụng của nó.
Bộ lọc thông cao thụ động là gì?
Một loại bộ lọc điện tử được sử dụng để chỉ cho phép các tín hiệu tần số cao đi qua trong khi chặn các tín hiệu tần số thấp được gọi là bộ lọc thông cao thụ động. Bộ lọc này còn được gọi là bộ lọc thụ động vì nó không cần nguồn điện bên ngoài để hoạt động và nó cũng phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng tín hiệu đến.
Bộ lọc này được thiết kế với các thành phần thụ động như; điện trở, cuộn cảm và tụ điện. Các giá trị thành phần này chỉ đơn giản quyết định tần số cắt của bộ lọc, trong đó tần số này thấp hơn các tín hiệu bị chặn hoặc suy giảm.
Mạch lọc thông cao thụ động
Mạch thiết kế bộ lọc thông cao thụ động được hiển thị bên dưới sử dụng điện trở và tụ điện. Mạch này tương tự như LPF thụ động nhưng điện trở và tụ điện được hoán đổi đơn giản trong mạch. Tụ điện trong mạch lọc thông cao thụ động được nối nối tiếp đơn giản bằng điện trở. Nói chung, khi tín hiệu đầu vào được cung cấp cho tổ hợp nối tiếp của tụ điện và điện trở không phân cực thì đầu ra được lọc sẽ có sẵn hoặc được vẽ qua điện trở.
Bộ lọc này chỉ đơn giản cho phép các tần số cao hơn và chặn các tín hiệu tần số thấp hơn. Giá trị tần số cắt chủ yếu phụ thuộc vào giá trị của các thành phần được chọn để thiết kế mạch. Các bộ lọc này có một số ứng dụng ở dải tần số cao 10 MHz. Do sự trao đổi các thành phần trong mạch này, phản hồi của tụ điện được cung cấp sẽ thay đổi hoàn toàn trái ngược với phản hồi của bộ lọc thông thấp.
Tụ điện trong mạch này ở tần số thấp hoạt động giống như mạch hở và ở tần số cao hơn; nó hoạt động giống như một mạch ngắn. Trong mạch này, tụ điện chặn các tần số thấp hơn đi vào tụ điện do điện kháng của tụ điện.
Tụ điện chống lại một lượng dòng điện trong mạch này để liên kết trong phạm vi điện dung của tụ điện. Vì vậy, tụ điện sau tần số cắt cho phép tất cả các tần số do giá trị giảm điện kháng. Vì vậy, điều này làm cho mạch lọc này chuyển toàn bộ tín hiệu đầu vào sang đầu ra bất cứ khi nào tần số của tín hiệu đầu vào cao hơn so với tần số cắt 'fc'.
Giá trị của điện kháng tăng ở tần số thấp hơn thì khả năng chống lại dòng điện chạy qua tụ điện được tăng cường. Dải tần dưới tần số cắt được gọi là 'Dải dừng' và dải tần sau tần số cắt được gọi là 'Dải thông'.
Tần số cắt
Công thức tính tần số cắt cho bộ lọc thông cao thụ động được hiển thị bên dưới. Công thức này tương tự như bộ lọc thông thấp.
Fc = 1 / 2πRC
'R' ở đâu sức chống cự & 'C' là điện dung.
Góc pha của bộ lọc thông cao thụ động
Góc pha của HPF thụ động được ký hiệu là φ (Phi) sẽ là +45 ở đầu ra đối với tín hiệu i/p ở tần số cắt -3dB (hoặc).
Theo đáp ứng tần số của bộ lọc, nó sẽ chuyển tất cả các tín hiệu vượt quá tần số giới hạn đến vô cùng. Công thức dịch pha không giống với bộ lọc thông thấp vì trong bộ lọc này, pha sẽ trở thành âm, mặc dù trong HPF nó là dịch pha dương, do đó công thức góc pha là;
Độ lệch pha (φ) = arctan (1/2πfRC)
Thời gian cố định
Tụ điện trong mạch nhận hiệu ứng sạc và xả từ tần số của tín hiệu đầu vào được gọi là Hằng số thời gian được ký hiệu là τ (Tau). Hằng số thời gian cũng liên quan đến tần số cắt.
τ = RC = 1 / 2πfc
Đôi khi, bất cứ khi nào chúng ta có giá trị của hằng số thời gian, chúng ta phải biết tần số giới hạn, vì vậy bằng cách thay đổi công thức, chúng ta có thể nhận được phương trình dưới đây.
fc = 1 / 2πRC
Chúng ta biết rằng τ = RC
Vì vậy, phương trình trên sẽ trở thành fc = 1 / 2πτ.
Ví dụ
Mạch lọc thông cao hoạt động sử dụng điện trở 330k và tụ điện 100pF được hiển thị bên dưới. Tính tần số cắt.
Công thức tính Tần số cắt được hiển thị bên dưới.
Tần số cắt fc = 1/2πfC
Chúng ta biết rằng điện trở 330k và giá trị tụ điện 100pF, thay thế các giá trị này trong phương trình trên.
Tần số cắt fc = 1/2 x 3,14 x 330000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825Hz (hoặc) 4,825Khz.
Chức năng truyền bộ lọc thông cao thụ động
Hàm truyền giải thích mối quan hệ chính giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra của bộ lọc thông cao thụ động. Vì vậy, hàm truyền của tính toán HPF thụ động được thảo luận dưới đây.
Vin = Khu công nghiệp
Vin = I (R + 1/jωC)
Võ = IS
Thứ Sáu/ Thứ Sáu
IR/I (R + 1/jωC)
Võ/ Vin = RjωC / R jωC + 1)
Take RC = 1/ωC
Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/ Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
Phương trình trên là hàm truyền bộ lọc thông cao thụ động. Vì vậy, mức tăng điện áp ở mọi giá trị 'ω' của bộ lọc có thể được đo bằng phương trình trên.
Các loại bộ lọc thông cao thụ động
Có hai loại bộ lọc thông cao thụ động; HPF thụ động bậc một và HPF thụ động bậc hai sẽ được thảo luận dưới đây.
HPF thụ động bậc nhất
Mạch lọc thông cao thụ động bậc nhất được hiển thị bên dưới. Mạch này có thể được thiết kế chỉ với một thành phần phản kháng có điện trở. Mạch lọc này chặn tín hiệu tần số thấp nhưng cho phép tín hiệu tần số cao vượt quá giá trị cài đặt. Mạch này sử dụng các thành phần thụ động và không cần bất kỳ nguồn điện bên ngoài nào. Bất cứ khi nào tín hiệu đầu vào được cung cấp cho tổ hợp tụ điện và điện trở nối tiếp này thì đầu ra được lọc sẽ thu được trên điện trở.
Công thức tần số cắt cho HPS thụ động bậc nhất giống như bộ lọc thông thấp thụ động được hiển thị bên dưới.
fc = 1 / 2πRC
HPF thụ động bậc hai
Mạch lọc thông cao thụ động bậc hai được hiển thị bên dưới. Mạch lọc này được thiết kế bằng cách xếp tầng hai HPF bậc nhất. Mạch này sử dụng hai thành phần phản kháng hai tụ điện và hai điện trở làm mạch lọc bậc hai. Vì vậy, hiệu suất của bộ lọc hai giai đoạn này tương đương với bộ lọc một giai đoạn mặc dù độ dốc của bộ lọc này có thể đạt được ở mức -40 dB/thập kỷ do sự thay đổi trong tần số giới hạn.
Bộ lọc này rất hiệu quả so với bộ lọc một giai đoạn vì nó bao gồm hai điểm lưu trữ. Vì vậy, tần số cắt cho bộ lọc hai giai đoạn chủ yếu phụ thuộc vào hai tụ điện & hai điện trở các giá trị được đưa ra dưới dạng;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz
Các ứng dụng
Các ứng dụng của bộ lọc thông cao thụ động bao gồm những điều sau đây.
- Bộ lọc thông cao thụ động là bộ lọc sẽ chặn các tần số Thấp nhưng truyền tần số cao vượt quá giá trị được xác định trước.
- Bộ lọc thông cao thụ động được sử dụng trong bộ chỉnh âm và bộ thu âm thanh.
- Chúng được sử dụng trong hệ thống điều khiển âm nhạc & điều chế tần số .
- Chúng được sử dụng trong các bộ tạo hàm, bộ tạo xung, bộ tạo từng bước, CRO, CRT, v.v.
- Các bộ lọc này thường được sử dụng trong xử lý âm thanh để loại bỏ nhiễu tần số thấp trong bộ khuếch đại âm thanh ở những nơi cần có tần số tối đa.
- Các bộ lọc này được sử dụng thường xuyên trong HPF để tăng cường các cạnh cũng như các thành phần tần số cao hơn khác trong hình ảnh kỹ thuật số.
- Chúng được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và khoa học khác nhau như; phân tích địa chấn, hệ thống radar và trong lĩnh vực y sinh để hiểu ECG.
- Những loại bộ lọc này là công cụ quan trọng trong quá trình xử lý tín hiệu và điện tử để cho phép tín hiệu tần số cao cho phép và chặn các tín hiệu dựa trên tần số thấp.
Vì vậy, đây là một cái nhìn tổng quan về một thụ động bộ lọc thông cao, mạch, làm việc , các loại và ứng dụng của nó Mạch lọc được thiết kế chỉ có các thành phần thụ động như; điện trở và tụ điện. Các bộ lọc này không yêu cầu bất kỳ nguồn bên ngoài nào nên chúng không có mức tăng, nghĩa là biên độ của tín hiệu đầu ra luôn tương đương hoặc thấp hơn biên độ của tín hiệu đầu vào. Những thiết kế bộ lọc này cực kỳ đơn giản và các linh kiện dùng để chế tạo những bộ lọc này cũng rất rẻ. Đây là câu hỏi dành cho bạn, bộ lọc thông thấp thụ động là gì?
