Aukštų Dažnių Pasyvusis Filtras: Valdant Signalo Srautą
Aukštų dažnių filtras, dar vadinamas aukšto praleidimo filtru, yra esminė elektroninė grandinė, leidžianti praleisti dažnius, viršijančius tam tikrą ribinį dažnį, tuo pačiu slopinant dažnius, esančius žemiau šios ribos. Pagrindinis šio filtro tikslas - pašalinti arba susilpninti žemo dažnio signalus ar nepageidaujamus nuolatinės srovės (DC) komponentus iš signalo, kad būtų galima pabrėžti arba praleisti aukštesnio dažnio komponentus. Aukštų dažnių filtrai plačiai naudojami įvairiose srityse, nuo garso sistemų iki telekomunikacijų, ir yra neatsiejama signalų apdorojimo įrankių dalis.
Pasyviųjų ir Aktyviųjų Filtrų Pagrindai
Anksčiau nagrinėjome pasyviuosius RC (rezistorius-kondensatorius) filtrus, tokius kaip žemo, aukšto dažnio ir dažnių juostos praleidimo filtrai. Pagrindinis šių pasyviųjų filtrų trūkumas yra išėjimo signalo silpnėjimas, palyginti su įvesties signalu. Tai reiškia, kad signalo stiprinimas niekada nėra didesnis nei vienetas, o apkrovos varža gali paveikti filtro charakteristikas. Daugiapakopiuose pasyviuosiuose filtruose išėjimo signalas dar labiau silpnėja.
Geriausias būdas kontroliuoti signalo praradimą ir netgi jį sustiprinti yra naudoti aktyvius filtrus. Šie filtrai naudoja aktyvius komponentus, tokius kaip tranzistoriai, FET (lauko efekto tranzistoriai) ar operaciniai stiprintuvai. Aktyvūs filtrai naudoja išorinę energiją iš maitinimo šaltinio, kad padidintų išėjimo signalą.
Pasyviojo Aukštų Dažnių Filtro Konstrukcija ir Veikimas
Pasyvusis aukštų dažnių filtras paprastai susideda iš rezistoriaus ir kondensatoriaus. Šių komponentų išdėstymas grandinėje lemia filtro veikimą.
- RC serijinė grandinė: Šiuo atveju rezistorius ir kondensatorius sujungiami nuosekliai. Kondensatorius veikia kaip atviras grandynas aukštiems dažniams ir kaip trumpas grandynas žemiems dažniams. Tai reiškia, kad aukšti dažniai lengvai praeina, o žemi dažniai yra blokuojami.
- RC nuoseklus-lygiagretus sujungimas: Kitas populiarus dizainas apima rezistoriaus ir kondensatoriaus lygiagretų sujungimą su išvesties signalu, kuris imamas per rezistorių. Šiuo atveju kondensatorius veikia kaip trumpas grandynas aukštiems dažniams, leidžiant jiems praeiti, o kaip atviras grandynas žemiems dažniams, juos blokuojant.
Ribinis dažnis (fc), taškas, nuo kurio filtras pradeda slopinti signalus, apskaičiuojamas pagal formulę:fc = 1 / (2πRC)kur R yra varža ohmais, o C yra talpa faradais.
Pasyviojo aukštų dažnių filtro dažnio atsako kreivė, esant pirmai eilei, didėja 20 dB per dešimtmetį arba 6 dB/oktavą, kol pasiekia ribinį dažnio tašką. Išėjimo signalo fazės poslinkis arba fazės kampas veda į įvesties signalą. Esant ribiniam dažniui, fazės kampo vertė yra lygi +45°. Šią vertę galima apskaičiuoti naudojant formulę:Ø = tan⁻¹(1 / (2πRC))
Pasyvieji aukštų dažnių filtrai turi platų pritaikymo spektrą:
- Garso sistemos: Jie naudojami pašalinti žemo dažnio triukšmą ar nepageidaujamus žemųjų dažnių dažnius, pavyzdžiui, subsoninius garsus, kurie gali pakenkti garsiakalbiams.
- Telekomunikacijos: Jie padeda pašalinti nuolatinės srovės poslinkius arba nepageidaujamą žemo dažnio triukšmą iš perdavimo signalų.
- Signalų apdorojimas: Jie gali būti naudojami kaip pagrindinis komponentas sudėtingesnėse signalų apdorojimo sistemose, pavyzdžiui, prieš skaitmeninant analoginį signalą, siekiant pašalinti nereikalingus žemus dažnius.
Aktyviojo Aukštų Dažnių Filtro Konstrukcija ir Privalumai
Paprastą aktyvų aukštų dažnių filtrą galima sukurti prijungus neinvertuojantį arba invertuojantį operacinį stiprintuvą prie pasyviosios aukštų dažnių RC grandinės. Aktyviojo aukštų dažnių filtro dažnio charakteristika yra panaši į pasyviojo aukštų dažnių filtro, tačiau su svarbiu skirtumu: signalo dydis padidėja dėl operacinio stiprintuvo stiprinimo.
Aktyviojo aukštų dažnių filtro pralaidumo juosta yra apribota dėl atviros kilpos operacinio stiprintuvo charakteristikų. Stiprinimas yra apibrėžiamas formule:Av = Vout / Vin = (AF (f / fc)) / (√[√(1+(f/fc)²) ] )kur AF yra pralaidumo juostos stiprinimas (1 + R2/R1), f yra įvesties signalo dažnis, o fc yra ribinis dažnis.
Įtampos padidėjimas decibelais (dB) pateikiamas kaip:Av (dB) = 20log10 (Vout/Vin)Esant ribiniam dažniui, padidėjimas yra -3 dB, o tai atitinka 0.707 kartotinį stiprinimą:-3dB = 20log10 (0.707 x Vout/Vin)
Pagrindiniai aktyviųjų aukštų dažnių filtrų privalumai, palyginti su pasyviaisiais, yra:
- Signalo stiprinimas: Jie gali sustiprinti signalą, kompensuodami bet kokius nuostolius ir netgi padidindami signalo lygį.
- Geresnė izoliacija: Operacinis stiprintuvas užtikrina geresnę izoliaciją tarp įvesties ir išvesties, mažiau paveikiant apkrovą.
- Didesnis lankstumas: Aktyvieji filtrai leidžia lengviau pasiekti aukštesnius filtrų eilius ir sudėtingesnes charakteristikas.
Aktyviųjų aukštų dažnių filtrų taikymas yra panašus į pasyviųjų, tačiau su galimybe valdyti ir stiprinti signalus. Pavyzdžiui, profesionalus didelio jautrumo kondensacinis mikrofonas, skirtas naudoti su fotoaparatais ir vaizdo kameromis, gali naudoti aktyvų aukštų dažnių filtrą, kad pašalintų žemo dažnio triukšmą, pvz., vėjo ūžesį ar rankų drebėjimą, pagerindamas įrašytą garsą. Aukštos klasės studijiniai monitoriai, tokie kaip „Genelec 1029A + 1091“, taip pat gali naudoti vidinius aktyvius filtrus, kad optimizuotų garso atkūrimą.
Bag Filters | Functions and Specs | 3D modeling and animation
Aktyviojo Dažnių Juostos Praleidimo Filtras
Juostos praleidimo filtras yra dažnio atrankinis filtras, leidžiantis praleisti tam tikrą dažnių juostą arba diapazoną. Šis diapazonas yra nustatomas tarp dviejų ribinių dažnių taškų: žemesniojo ribinio dažnio (fL) ir aukštesniojo ribinio dažnio (fH).
Paprastas aktyviojo juostos praleidimo filtras gali būti suprojektuotas derinant arba pakopuojant žemų dažnių filtrą su aukštų dažnių filtru. Kai žemų dažnių ir aukštų dažnių filtrai sujungiami nuosekliai, jie sudaro žemo "kokybės faktoriaus" tipo filtrą, turintį plačią dažnių juostą. Pirmoji grandinės pakopa (aukštų dažnių filtro pakopa) blokuoja labai žemo dažnio signalus, o antroji pakopa (žemų dažnių filtro pakopa) blokuoja labai aukšto dažnio signalus.
Šis derinys sukuria santykinai plokščią dažnių juostos atsaką. Aukštesniojo ribinio dažnio (fH) ir žemesniojo ribinio dažnio (fL) apskaičiavimui naudojamos pirmos eilės žemų ir aukštų dažnių filtrų ribinio dažnio lygtys. Stiprintuvo grandinė užtikrina dviejų pakopų izoliaciją ir padidina bendrą grandinės stiprinimą.
Aktyvus Juostos Stabdymo arba Juostos Atmetimo Filtras
Juostos stabdymo filtras, dar vadinamas juostos pašalinimo filtru, slopina tik tam tikroje dažnių juostoje ir leidžia praeiti visus kitus dažnius. Šie filtrai klasifikuojami kaip plačiajuosčio atmetimo filtrai ir siauro juostos atmetimo filtrai (įpjovos filtrai). Plačiajuosčio atmetimo filtro dažnių juostos plotis yra labai didelis, palyginti su siauros juostos filtrais.
Siaurajuosčiai arba įpjovos filtrai dažniausiai naudojami vieno dažnio slopinimui. Pagrindinė šios grandinės dalis yra „Twin-T“ tinklas, sudarytas iš dviejų T tinklų. Pirmasis T tinklas sudarytas su dviem kondensatoriais ir rezistoriumi, o antrasis T tinklas - su dviem rezistoriais ir kondensatoriumi.
Siaurajuosčiai filtrai dažnai naudojami biomedicininiuose prietaisuose (pvz., EKG aparatūroje, siekiant pašalinti 50/60 Hz tinklo triukšmą) ir ryšių priemonėse, siekiant pašalinti nepageidaujamus, specifinius dažnius.
Apibendrinant, aukštų dažnių pasyvieji filtrai yra paprasti ir efektyvūs įrankiai signalų apdorojimui, tačiau aktyvieji filtrai suteikia papildomų privalumų, tokių kaip signalo stiprinimas ir geresnė izoliacija, todėl jie yra nepakeičiami daugelyje modernių elektroninių sistemų.
tags: #pasyvus #aukstu #dazniu #filtras
