Bộ lọc thông cao thụ động

Trước đây chúng ta đã thảo luận về Bộ lọc thông thấp thụ động, bây giờ là lúc để tìm hiểu sâu hơn về bộ lọc thông cao thụ động.

Giống như trước đây, nếu bạn nhìn vào tên, nó sẽ hiển thị "Bị động", "Cao", "Chuyền" và "Bộ lọc". Vì vậy, như tên cho thấy, nó là một bộ lọc sẽ chặn các tần số Thấp, nhưng vượt qua tần số cao trên giá trị định trước, sẽ được tính bằng công thức.

Nó là "thụ động" có nghĩa là không có nguồn bên ngoài, không có khuếch đại tín hiệu đầu vào; chúng tôi sẽ tạo mạch bằng cách sử dụng các thành phần “thụ động” không yêu cầu bất kỳ nguồn điện bên ngoài nào. Các thành phần thụ động giống như bộ lọc thông thấp nhưng thứ tự kết nối sẽ được đảo ngược chính xác. Các thành phần thụ động là Điện trở (R) và

Tụ điện (C). Một lần nữa nó là một cấu hình bộ lọc RC.

Hãy xem điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta xây dựng mạch và kiểm tra phản hồi hoặc “Bode Plot”…

Đây là mạch trong hình ảnh này:

Đây là một bộ lọc RC. Nói chung, tín hiệu đầu vào được áp dụng cho sự kết hợp nối tiếp của tụ điện và điện trở không phân cực này. Nó là bộ lọc bậc một vì chỉ có một thành phần phản ứng trong mạch là tụ điện. Đầu ra được lọc sẽ có sẵn trên điện trở. Sự kết hợp của bộ đôi này hoàn toàn trái ngược với bộ lọc thông thấp. Nếu chúng ta so sánh mạch với bộ lọc thông thấp, chúng ta sẽ thấy rằng vị trí của điện trở và tụ điện được hoán đổi cho nhau.

Bộ lọc High Pass hoạt động như thế nào?

Ở tần số thấp, điện kháng của tụ điện sẽ rất lớn, nó sẽ hoạt động như một mạch hở và chặn tín hiệu đầu vào bên dưới điểm tần số cắt (fc). Nhưng khi đạt đến điểm tần số cắt, điện kháng của tụ điện sẽ bắt đầu giảm và cho phép tín hiệu đi qua trực tiếp. Chúng ta sẽ thấy chi tiết điều này trong đường cong đáp ứng tần số.

Đây là đường cong nó giống nhau như thế nào ở đầu ra của tụ điện: -

Đáp ứng tần số và tần số cắt

Đây là đường cong đáp ứng tần số của mạch lọc thông cao bậc 1 đó.

f c Là tần số cắt của bộ lọc. Tại điểm -3dB tín hiệu được phép đi qua. -3dB này cũng biểu thị tần số cắt. Từ 10Hz đến tần số cắt tín hiệu không được phép đi qua vì tần số là Tần số thấp, tại thời điểm này, nó là phần dải dừng mà tín hiệu không được phép đi qua bộ lọc mà ở trên tần số cắt sau -3dB phần được gọi là vị trí băng thông nơi tín hiệu được phép đi qua. Độ dốc của đường cong là + 20dB mỗi thập kỷ. Hoàn toàn ngược lại với bộ lọc Thấp.

Công thức tính toán độ lợi giống như chúng tôi đã sử dụng trong hướng dẫn trước đây của chúng tôi trong bộ lọc thông thấp thụ động.

Tăng (dB) = 20 log (Vout / Vin)

Sau khi tín hiệu cắt, các đáp ứng của mạch tăng dần đến Vin từ 0 và sự gia tăng này xảy ra với tốc độ + 20dB / Thập kỷ. Nếu chúng ta tính toán mức tăng trên mỗi quãng tám thì nó sẽ là 6dB.

Đây Đáp ứng tần số đường cong là Lô Bode của cao qua bộ lọc. Bằng cách chọn tụ điện thích hợp và điện trở thích hợp, chúng tôi có thể ngăn chặn các tần số thấp, hạn chế tín hiệu đi qua mạch lọc mà không ảnh hưởng đến tín hiệu vì không có phản hồi tích cực.

Trong hình trên, có một từ Bandwidth. Nó biểu thị sau tần số mà tín hiệu sẽ cho phép đi qua. Vì vậy, nếu nó là bộ lọc thông cao 600 Khz thì băng thông sẽ từ 600Khz đến Infinity. Vì nó sẽ cho phép truyền tất cả các tín hiệu trên tần số cắt.

Ở tần số cắt, chúng ta sẽ nhận được độ lợi -3dB. Tại thời điểm đó nếu chúng ta so sánh biên độ tín hiệu đầu ra với tín hiệu đầu vào thì chúng ta sẽ thấy rằng biên độ tín hiệu đầu ra sẽ bằng 70,7% tín hiệu đầu vào. Cũng trong -3dB đạt được điện trở điện dung và điện trở sẽ bằng nhau. R = Xc.

Công thức của Tần suất cắt là gì?

Công thức của tần số cắt giống hệt như bộ lọc Low Pass.

f c = 1 / 2πRC

Vì vậy, R là điện trở và C là điện dung. Nếu chúng ta đặt giá trị, chúng ta sẽ biết tần số cắt.

Tính toán điện áp đầu ra

Hãy xem hình ảnh đầu tiên, mạch điện trong đó 1 điện trở và một tụ điện được sử dụng để tạo thành bộ lọc thông cao hoặc mạch RC.

Khi tín hiệu DC được áp dụng trên mạch đó là điện trở của mạch tạo ra sự sụt giảm khi dòng điện chạy qua. Nhưng trong trường hợp tín hiệu AC, nó không phải là điện trở mà là trở kháng là nguyên nhân gây ra sụt áp, được đo bằng Ohms.

Trong đoạn mạch RC có hai điện trở. Một là điện trở và một là điện dung của tụ điện. Vì vậy, trước tiên chúng ta cần đo điện trở điện dung của tụ điện vì nó sẽ cần thiết để tính trở kháng của mạch.

Điện trở đối kháng đầu tiên là điện trở điện dung, công thức là: -

Xc = 1 / 2πfC

Đầu ra của công thức sẽ tính bằng Ohms, vì Ohms là đơn vị của điện trở điện dung vì nó là đối lập có nghĩa là Điện trở.

Đối lập thứ hai là điện trở chính nó. Giá trị của điện trở cũng là một điện trở.

Vì vậy, kết hợp hai đối lập này chúng ta sẽ có được tổng trở, đó là trở kháng trong mạch RC (đầu vào tín hiệu AC).

Trở kháng biểu thị là Z

Công thức là: -

Như đã thảo luận ở phần trước ở tần số thấp, điện kháng của tụ điện quá cao sẽ hoạt động như một mạch hở, điện kháng của tụ điện là Vô cực ở tần số thấp nên nó bị chặn tín hiệu. Độ lợi đầu ra là 0 tại thời điểm đó, và do khối, điện áp đầu ra vẫn bằng 0 cho đến khi đạt đến tần số cắt.

Nhưng ở tần số cao thì ngược lại sẽ xảy ra hiện tượng điện kháng của tụ điện quá thấp làm ngắn mạch, điện kháng của tụ điện bằng 0 ở tần số cao nên nó bị truyền tín hiệu. Độ lợi đầu ra là 1 tại thời điểm đó, đó là trường hợp độ lợi thống nhất và do độ lợi thống nhất nên điện áp đầu ra giống với điện áp đầu vào sau khi đạt đến tần số cắt.

Ví dụ với tính toán

Như chúng ta đã biết điều gì đang thực sự xảy ra bên trong mạch và Cách tìm ra giá trị. Hãy chọn những giá trị thiết thực.

Hãy chọn giá trị phổ biến nhất trong điện trở và tụ điện, 330k và 100pF. Chúng tôi đã chọn giá trị vì nó được phổ biến rộng rãi và dễ tính toán hơn.

Hãy xem tần số cắt và điện áp đầu ra sẽ là bao nhiêu.

Tần suất cắt sẽ là: -

Bằng cách giải phương trình này, tần số cắt là 4825Hz hoặc 4.825Khz.

Hãy xem điều đó có đúng hay không…

Đây là mạch của ví dụ.

Như đáp ứng tần số được mô tả trước đó ở tần số cắt, dB sẽ là

-3dB, Không phân biệt tần số. Chúng tôi sẽ tìm kiếm -3dB ở tín hiệu đầu ra và xem nó có phải là 4825Hz (4.825Khz) hay không.

Đây là đáp ứng tần số: -

Hãy đặt con trỏ ở -3dB và xem kết quả.

Như chúng ta có thể thấy Đáp ứng tần số (Còn được gọi là Bode Plot), chúng ta đặt con trỏ ở -3,03dB và nhận được Tần số băng thông 4,814KHz.

Chuyển pha

Góc pha biểu thị là φ (Phi) sẽ ở đầu ra là +45

Đây là sự chuyển pha của mạch, được sử dụng làm ví dụ thực tế.

Hãy tìm giá trị độ lệch pha ở tần số cắt: -

Chúng tôi đặt con trỏ ở +45

Đây là bộ lọc thông cao bậc hai. CAPACITOR và RESISTOR là thứ tự đầu tiên và CAPACITOR1 và RESISTOR1 là thứ hai. Xếp chồng lên nhau chúng tạo thành bộ lọc thông cao bậc hai.

Bộ lọc bậc hai có vai trò độ dốc 2 x + 20dB / thập kỷ hoặc + 40dB (12dB / quãng tám).

Đây là đường cong phản hồi: -

Độ dốc là + 20dB / Thập kỷ và màu đỏ ở đầu ra cuối cùng có độ dốc + 40dB / Thập kỷ.

Điều này sẽ tính toán tần số cắt của mạch Thông cao bậc hai.

Cũng giống như bộ lọc Low Pass, việc ghép hai bộ lọc High Pass thụ động là không tốt vì trở kháng động của mỗi thứ tự bộ lọc sẽ ảnh hưởng đến mạng khác trong cùng một mạch.

Các ứng dụng

Bộ lọc thông thấp là mạch được sử dụng rộng rãi trong điện tử.

Dưới đây là một số ứng dụng: -

Bộ thu âm thanh và Bộ chỉnh âm
Hệ thống điều khiển âm nhạc và điều tần Treble.
Máy phát chức năng
Cathode Ray Tivi và Máy hiện sóng.
Bộ tạo sóng vuông từ sóng tam giác.
Máy phát xung.
Ramp to Step Generators.