Фильтр высоких частот (ФВЧ) | Основы электроакустики
Фильтр высоких частот
ФВЧ – это схема, которая передает без изменений сигналы высоких частот, а на низких обеспечивает затухание сигналов и опережение их по фазе относительно входных сигналов. Схема простого RC-фильтра верхних частот приведена на рис.3.5.
Рис.3.5. Простой ФВЧ
Частотная характеристика фильтра определяется выражением:
Отсюда находим АЧХ и ФЧХ:Обе кривые представлены на рис.3.6.
Рис.3.6. АЧХ и ФЧХ ФВЧ
Выражение для частоты среза совпадает с соответствующим выражением для ФНЧ:
fСР = 1/2πRC. Фазовый сдвиг на этой частоте составляет +45º. Как и для ФНЧ, наиболее просто составить АЧХ в двойном логарифмическом масштабе с помощью асимптот:
- Ā = 1 = 0дБ на высоких частотах f>>fCР.
- На низких частотах f<<fСР, согласно формуле (3.
- При f =fСР, как и для ФНЧ, Ā = 1/корень2 = –3 дБ.
Постоянная времени, как и для фильтра нижних частот, равна τ = RC. Реакция цепи на импульс напряжения описывается формулой: UВЫХ(t) = UВХ0 e–t/RC. Для определения начального значения UВЫХ0 = UВЫХ (t=0) используем дополнительное соображение: в момент, когда входное напряжение изменяется скачкообразно, заряд конденсатора остается неизменным. Он действует как источник напряжения Выходное напряжение повторяет скачок ΔU входного напряжения (рис. 3,7, а) от нуля до U1, а затем убывает по экспоненте, согласно равенству (3.13), снова до нуля. Если входное напряжение скачком изменяется от U1 до нуля, то UВЫХ скачком уменьшается от нуля до -U1 (рис. 3.7, б). При этом важно заметить, что выходное напряжение имеет отрицательные значения, хотя входное напряжение всегда положительно. Это обстоятельство часто используется в схемотехнике.
Фильтр верхних частот как дифференцирующее звено. Если приложено входное напряжение с частотой f<<fСР, то |UВЫХ|<<|UВХ|. Тогда UВЫХ = RC(dUВХ / dt). Таким образом, низкочастотные входные напряжения дифференцируются. Вид переходных характеристик ФВЧ показан на рис 3.8.
Рис.3.7. Реакция ФВЧ на скачок напряжения
Рис.3.8. Импульсный режим работы ФВЧ при различных соотношениях частоты и постоянной времени: верхняя кривая:
fВХ ≥ 10fСР; средняя кривая: fВХ = fСР; нижняя кривая: fВХ ≤ 1/10 fСР
Фильтр верхних частот как элемент RC-связи. Если на входе фильтра верхних частот приложено напряжение прямоугольной формы с периодом Т<<τ, то конденсатор в течение половины периода почти полностью перезаряжается и выходное напряжение будет равно входному с точностью до постоянной величины.
Рис. 3.9. Прохождение последовательности однополярных
импульсов через ФВЧ
В связи с тем, что через конденсатор не может протекать постоянный ток, среднее значение выходного напряжения равно нулю.
Следовательно, постоянная составляющая входного напряжения не передается. На этом основано применение фильтра верхних частот в качестве элемента RС-связи.
Активный фильтр верхних частот: 11 фактов, которые вы должны знать!
В этой статье мы обсудим несколько основных концепций, связанных с активный фильтр высоких частот и постараемся ответить на несколько вопросов в следующих разделах, и мы постараемся с пользой узнать о некоторых важных применениях активных фильтров верхних частот.
- Что такое активный фильтр высоких частот?
- Принцип работы активного HPF
- Временная характеристика и частотная характеристика
- Частота среза активного ФВЧ
- Что такое передаточная функция для активного HPF
- Разработать ФВЧ активного порядка первого порядка
- Активный ФВЧ второго порядка
- Передаточная функция для HPF второго порядка
- Преимущества активного фильтра высоких частот
- Применение HPF
- FAQS
Активный фильтр верхних частот — это не что иное, как схема, содержащая активный компонент, такой как транзистор, операционный усилитель (операционный усилитель) и т.
д. Эти компоненты в основном используются для повышения производительности или усиления.
Мы можем сделать активный фильтр высоких частот, добавив операционный усилитель через пассивный фильтр высоких частот.
Чтобы обозначить простоту, эффективность времени и, благодаря развивающимся технологиям, проектирование операционных усилителей, как правило, операционный усилитель используется для конструкции активного фильтра высоких частот.
В активном фильтре верхних частот ограничением является полоса пропускания операционного усилителя. Это означает, что операционный усилитель будет передавать частоту в соответствии со своим усилением и характеристиками разомкнутого контура операционного усилителя.
Принципиальная схема активного фильтра верхних частот:Active High Pass FilterНа приведенном выше рисунке сеть CR выполняет фильтрацию, а операционный усилитель подключен как повторитель с единичным усилением.
Резистор обратной связи, Rf, включен для минимизации смещения постоянного тока.
Здесь,
Игровой автомат напряжение на резисторе R,
Поскольку коэффициент усиления операционного усилителя бесконечен, мы можем вычислить.
где
= Полоса пропускания фильтра высоких частот,
f = частота входного сигнала (Гц),
= частота среза фильтра высоких частот (Гц)
Величина прироста,
И фазовый угол (в градусах),
Принцип работы активного фильтра верхних частот:Фильтры первого порядка — это простейшая форма любых фильтров, содержащих только один реактивный компонент, т. Е. Конденсатор, поскольку он также используется в пассивных фильтрах. Чтобы преобразовать его в активный фильтр, на выходе пассивного фильтра используется операционный усилитель.
Теперь операционный усилитель используется в разных конфигурациях.
Каждая конфигурация имеет дополнительные атрибуты для производительности фильтра.
Главное, что нужно помнить, — это скорость спада фильтра первого порядка. Скорость спада — это скорость изменения усиления фильтра в его желаемой полосе задерживания. Он показывает нам крутизну кривой и то, насколько быстро рост имеет тенденцию увеличиваться с частотой.
Фильтры первого порядка имеют скорость спада 20 дБ / декада or 6 дБ / октава.
Скорость спада = -20 дБ / декада = -6 дБ / октава
Временная характеристика и частотная характеристика активного фильтра HPFЧтобы использовать фильтр верхних частот, проверка может быть выполнена из уравнения коэффициента усиления следующим образом:
На очень низкой частоте, т.е.., f <fc,
At f = fc,
At f >> fc,
Полоса пропускания активного фильтра верхних частот показывает значение частоты, с которой разрешено проходить сигналам.
Например, если полоса пропускания этого фильтра верхних частот задана как 50 кГц, это означает, что пропускать диапазон ширины полосы могут только частоты от 50 кГц до бесконечности.
Фазовый угол выходного сигнала равен +450 на отсечке частота. Формула для расчета фазового сдвига активного фильтра верхних частот:
Ø = arctan (1 / 2πfRC)
Функция передачи активного фильтра высоких частотИмпеданс конденсатора постоянно меняется, поэтому электронные фильтры имеют частотно-зависимую характеристику.
Комплексное сопротивление конденсатора определяется как,
Где, s = σ +jω, ω угловая частота в радианах в секунду.
Передаточная функция цепь может быть найдена с помощью стандартного анализа цепи методы, такие как Закон Ома, закон Кирхгофа, теорема суперпозиции, И т.
д.
Форма TF происходит от отношение выходного напряжения к входному напряжению
Стандартная форма передаточной функции:
Где,
a1 = Амплитуда сигнала
ω0 = Угловая частота среза
Частота среза:Что мы подразумеваем под частотой среза?Частотой среза мы определяем полезную или существенную часть спектра. Это просто уровень частоты выше или ниже того, что устройство или фильтр не может реагировать или может работать должным образом.
Частота среза для активного фильтра верхних частот — это конкретная частота, при которой напряжение нагрузки (выходное) составляет 70.7% источника (входного) напряжения. Исходное или выходное напряжение более значимо, чем 70.7% входного или нагрузочного напряжения и наоборот.
Частота среза также указывает частоты, при которых мощность выходного тракта падает до половины своего максимального значения.
Эти точки половинной мощности соответствуют падению усиления 3 дБ (0.7071) относительно максимального значения дБ.
Чтобы создать активный фильтр верхних частот, нам необходимо выполнить следующие шаги:
Значение частоты среза,
выбран.
Выбирается значение емкости C, обычно от 0.001 до 0.1 мкФ.
Значение сопротивления R рассчитывается по соотношению,
Теперь значения R1 и Rf выбираются в зависимости от желаемого усиления полосы пропускания, используя соотношение,
Активный фильтр высоких частот второго порядка:Что такое фильтр второго порядка?Максимальная задержка в каждой выборке, используемой при генерации каждой выходной выборки, называется заказ того, что конкретный фильтр.
Фильтры второго порядка в основном состоят из двух RC фильтр, который соединен вместе, чтобы обеспечить —Скорость спада 40 дБ / декада.
Где коэффициент усиления постоянного тока усилителя =
Передаточная функция активного фильтра верхних частот второго порядка может быть получена из передаточной функции фильтра нижних частот преобразованием,
- Подставляя s = jω, передаточная функция равна,
В приведенном выше уравнении, когда ωà0, |H (jω)|=0. Таким образом, низкочастотное усиление фильтра равно нулю.
Если мы сравним его с передаточной функцией фильтра Баттерворта, мы получим
Характеристическая кривая ФВЧ второго порядкаЧастотная характеристика активного фильтра верхних частот второго порядка показана на диаграмме выше. Следует отметить, что фильтр имеет очень резкую характеристику спада.
Процедура проектирования для высоких частот будет такой же, как и для низких частот.
Частотная характеристика будет максимально ровной, то есть с очень резким спадом.
Преимущества использования активного фильтра высоких частот:Есть так много жизненно важных преимуществ активный фильтр высоких частот, некоторые из них:
- Когда присутствует слабый сигнал, активный фильтр верхних частот используется для увеличения коэффициента усиления, что также увеличивает амплитуду этих слабых сигналов.
- Благодаря очень высокому входному сопротивлению активные фильтры верхних частот могут передавать эффективные сигналы без каких-либо потерь в любой предыдущей схеме.
- Активные фильтры обычно имеют очень низкий выходной импеданс, который идеально подходит для передачи эффективных сигналов на следующий каскад, в основном, когда они используются в различных многокаскадных фильтрах.
- Этот тип фильтров дает нам плавные частоты.
- У них резкий спад отклика.
- Сильная мощность вещания для приемников для выбора желаемой частоты канала.
- Лучше всего подходит для обработки звука в любом электрическом или электронном устройстве.
- Активный HPF предотвращает усиление от постоянного тока и т. Д.
- Для передачи более высокой частоты в случае фильтров, связанных с видео.
- Мы используем HPF в качестве эквалайзера высоких частот.
- Мы часто используем HPF в качестве фильтра повышения высоких частот.
- Мы меняем частоту в зависимости от разных форм сигнала.
- Активные фильтры верхних частот также используются в осциллографах.
- В генераторе используются эти фильтры.
Фильтры верхних частот используются во всех источниках звука для удаления нежелательного шума, который скрывается ниже важных частот.
Многие нежелательные звуки могут быть скрыты более громким ядром сигнала высокого тона и могут быть не замечены. Мы не слышим грохот из-за пределов слышимости, так как самые низкие части спектра находятся в районе 20-40 Гц. Фильтры высоких частот также устраняют эти шумы или уменьшают их, что делает их почти бесшумными.
Могу ли я получить выходной сигнал фильтра высоких частот в качестве источника питания?Фильтр высоких частот — это электронный фильтр, который пропускает сигналы с более высокими частотами, которые выше диапазона частот среза, а также ослабляет частоты ниже диапазона среза.
Теперь на выходе конкретного фильтра верхних частот нет постоянного напряжения (0 Гц) из-за заданной частоты среза (fc). Нижняя частота среза активного фильтра верхних частот составляет 70.7% или -3 дБ (дБ = -20 log Vвне/Vin) коэффициента усиления напряжения, которое он позволяет передавать, также можно использовать в качестве источника питания.
Угловая частота, которая также называется частотой среза, определяет конкретную частоту, на которой затухание передачи достигает -3 дБ ниже (50%) величины от 0 дБ или уровня полосы пропускания.
Узнать больше об электронике нажмите сюда
Понимание основ радиочастотного фильтра » Electronics Notes
ВЧ-фильтрыявляются ключевой частью ВЧ-конструкции, поскольку фильтры позволяют выбирать требуемые сигналы и удалять нежелательные.
ВЧ-фильтры Включает:
ВЧ-фильтры — основные сведения
Характеристики фильтра
Основы проектирования ВЧ-фильтров
Конструкция фильтра высоких и низких частот
Фильтр с константой k
Фильтр Баттерворта
фильтр Чебычева
фильтр Бесселя
Эллиптический фильтр
Кристаллический фильтр
Фильтры используются во многих областях электроники. Одной из основных областей, где они используются, является радиочастотная или радиочастотная область.
используются для удаления или приема сигналов, попадающих в определенные области радиочастотного спектра.
Есть много разных случаев, где их можно использовать — список приложений почти бесконечен. Они используются в радиоприемниках для обеспечения избирательности, а также позволяют только правильной полосе частот поступать в последние части набора. Они используются в передатчиках для предотвращения передачи нежелательных или паразитных сигналов. ВЧ-фильтры используются для обеспечения того, чтобы требуемые продукты смешивания из смесителей передавались на следующие этапы. . . список приложений RF-фильтра можно продолжить.
Основные типы ВЧ-фильтров
Можно определить четыре типа фильтров. Каждый отдельный тип отклоняет или принимает сигналы по-своему, и, используя правильный тип ВЧ-фильтра, можно принимать требуемые сигналы и отклонять ненужные. Четыре основных типа ВЧ-фильтров:
- Фильтр нижних частот: Как следует из названия, фильтр нижних частот — это форма фильтра, которая пропускает только низкие частоты.
Общий отклик фильтра нижних частот Фактическая скорость спада зависит в основном от того, что называется порядком фильтра.Подробнее о . . . . Фильтры нижних частот.
- Фильтр верхних частот: Фильтр верхних частот во многом является обратным фильтром нижних частот. Он пропускает только те сигналы, частота которых выше частоты среза. Выше этой точки он номинально плоский, а ниже частоты среза ВЧ-фильтра отклик падает со скоростью, определяемой порядком фильтра.
Общий отклик фильтра нижних частот
- Полосовой фильтр: Полосовой ВЧ-фильтр пропускает только сигналы на определенных частотах. Выше и ниже частот среза сигналы будут ослаблены, а в пределах принятой полосы радиочастот сигналы будут пропущены. Общий отклик полосового фильтра
- Полосовой режекторный фильтр: Полосовой режекторный фильтр — это противоположность полосового фильтра, поскольку он подавляет сигналы в определенном РЧ-диапазоне.
Характеристики ВЧ фильтра
Фильтр пропускает сигналы в так называемой полосе пропускания. Это полоса частот ниже частоты среза фильтра.
Частота среза фильтра определяется как точка, в которой выходной уровень фильтра падает до 50 % (-3 дБ) от внутриполосного уровня при постоянном входном уровне. Частота среза иногда называется половинной мощностью или частотой -3 дБ.
Полоса заграждения фильтра — это, по существу, полоса частот, которая подавляется фильтром. Это считается началом в точке, где фильтр достигает требуемого уровня подавления.
Идеальный фильтр, будь то фильтр нижних частот, фильтр высоких частот или полосовой фильтр, не будет иметь потерь в полосе пропускания, то есть на частотах ниже частоты среза. Затем выше этой частоты в так называемой полосе задерживания фильтр будет подавлять все сигналы.
В действительности добиться идеального пропускающего фильтра невозможно, и в полосе пропускания всегда есть некоторые потери, а в полосе задерживания добиться бесконечной режекции невозможно. Также имеется переход между полосой пропускания и полосой заграждения, где кривая отклика падает, а уровень подавления повышается по мере перемещения частоты из полосы пропускания в полосу заграждения.
Классификация фильтров
Фильтрымогут быть разработаны для удовлетворения различных требований. Несмотря на то, что используются одни и те же базовые конфигурации цепей, значения цепей различаются, когда схема разработана с учетом разных критериев. В полосе неравномерности самый быстрый переход к конечному спаду, самое высокое отклонение вне полосы частот — вот некоторые из критериев, которые приводят к различным значениям цепи. Этим различным фильтрам даются имена, каждый из которых оптимизирован для разных элементов производительности. Ниже приведены три распространенных типа фильтров:
- Константа-k: Преимущество фильтра с константой-k состоит в том, что он очень легко вычисляет значения для различных компонентов. Это позволяет легко спроектировать его с минимальными теоретическими знаниями о математике, как и в случае со многими другими фильтрами. Однако его производительность не совсем соответствует другим типам фильтров, хотя для многих приложений она более чем достаточна.
Подробнее о . . . . Фильтр с константой k.
- Фильтр Баттерворта:
Подробнее о . . . . Фильтр Баттерворта.
- Bessel: Этот фильтр обеспечивает оптимальную внутриполосную фазовую характеристику и, следовательно, лучшую переходную характеристику. Он часто используется, когда сигналы включают прямоугольные волны и т. д., поскольку форма сохраняется лучше всего.
Подробнее о . . . . Фильтр Бесселя.
- Чебышев: Этот фильтр обеспечивает быстрый спад после достижения частоты среза. Однако это происходит за счет внутриполосной пульсации. Чем больше допустимая пульсация в полосе частот, тем быстрее происходит спад.
Подробнее о . . . . Фильтр Чебычева.
- Эллиптический: Этот фильтр, также известный как фильтр Кауэра, имеет значительные уровни внутриполосных и внеполосных пульсаций, и, как и ожидалось, чем выше допустимая степень пульсаций, тем круче достигается предельный спад.
Подробнее о . . . . Эллиптический фильтр / фильтр Кауэра.
Это позволяет легко спроектировать его с минимальными теоретическими знаниями о математике, как и в случае со многими другими фильтрами. Однако его производительность не совсем соответствует другим типам фильтров, хотя для многих приложений она более чем достаточна.
д., поскольку форма сохраняется лучше всего. Существует множество различных типов и моделей ВЧ-фильтров. Упомянутые выше фильтры являются одними из наиболее часто используемых, хотя существует очень много других типов РЧ-фильтров.
являются важным элементом практически всех ВЧ-схем. Фильтры необходимы как внутри систем, так и на входе и выходе. Используя фильтры, правильные сигналы достигают необходимых частей цепи, и таким образом точность конечного сигнала поддерживается на самом высоком уровне — помехи уменьшаются, а производительность системы поддерживается на максимально возможном уровне.
Другие основные темы радио:
Радиосигналы
Типы и методы модуляции
Амплитудная модуляция
Модуляция частоты
OFDM
ВЧ микширование
Петли фазовой автоподстройки частоты
Синтезаторы частоты
Пассивная интермодуляция
ВЧ аттенюаторы
ВЧ-фильтры
РЧ циркулятор
Типы радиоприемников
Суперхет радио
Избирательность приемника
Чувствительность приемника
Приемник с сильным сигналом
Динамический диапазон приемника
Вернуться в меню тем радио. . .
RF фильтры — все RF
Выберите категорию для просмотра продуктов и компаний
Выберите тип фильтра и просмотрите тысячи фильтров от более чем 100 производителей.
ВЧ- и СВЧ-фильтры используются для фильтрации нежелательных сигналов, поступающих в систему.
С увеличением количества беспроводных стандартов в существующих полосах частот фильтры теперь играют чрезвычайно важную роль и необходимы для минимизации помех. Они предназначены для работы на определенных частотах и допускают/ослабляют радиочастотные сигналы на разных частотах. ВЧ-фильтры имеют два типа полос частот — полосу пропускания и полосу задерживания. Сигналы, лежащие в полосе пропускания, могут проходить с минимальным затуханием, в то время как сигналы, лежащие в полосе задерживания, испытывают сильное затухание.
Тип фильтра: Существует несколько различных типов ВЧ-фильтров — полосовые фильтры, фильтры нижних частот, полосовые режекторные фильтры, фильтры верхних частот и т. д. Каждый тип работает по-своему.
Технология: В зависимости от требуемого применения и размера беспроводной системы существует несколько типов фильтров — режекторные фильтры, фильтры на ПАВ, полостные фильтры, волноводные фильтры и т. д. Каждый из них имеет разные свойства и разные форм-факторы.
Частота полосы пропускания (МГц): 90 190 Это диапазон частот, в котором сигналы могут проходить с минимальным затуханием.
Частота полосы задерживания (МГц): Это диапазон частот, в котором сигналы затухают. Чем выше затухание, тем лучше. Это также называется изоляцией.
Вносимые потери (дБ): Это потери, возникающие при прохождении сигнала через частотный диапазон полосы пропускания. Чем ниже вносимые потери, тем выше эффективность фильтра.
Затухание в полосе задерживания (дБ): Это затухание сигналов, находящихся в полосе задержания данного фильтра. Величина затухания сигналов может варьироваться в зависимости от их частоты.
все В каталоге RF перечислены ВЧ-фильтры от ведущих производителей отрасли. Выберите тип фильтра, а затем используйте инструменты параметрического поиска, такие как частота, вносимые потери, тип упаковки и мощность, чтобы сузить фильтры в соответствии с вашими требованиями.
