Yüksek Geçiş Filtresi Nedir : Çalışması ve Uygulamaları

Filtreler, belirli frekans bileşenlerine izin veren ve bir giriş sinyalinin istenmeyen frekans bileşenlerini zayıflatan elektronik devrelerdir. Bunlar, bir sinyalin belirli bir frekans aralığına izin vermek için çeşitli elektronik uygulamalarda bulunur. Temel olarak filtreler, tasarım ve çalıştırmada kullanılan bileşenlerin türüne göre iki türe ayrılır. Bunlar Pasif filtreler ve Aktif filtrelerdir. Frekans aralığına bağlı olarak, filtreler 4 tipe ayrılır. Bunlar; Alçak Geçiren Filtreler, Yüksek Geçiren Filtreler, Bant Geçiren Filtreler ve Bant Durduran Filtrelerdir. Bu makalede, hem aktif filtre hem de pasif filtre olarak kullanılabilen Yüksek Geçişli Filtre açıklanmaktadır. Yüksek Geçişli Filtre Nedir? Filtre, bir sinyalin yüksek frekanslı bileşenlerine izin verme yeteneğine sahiptir ve bir sinyalin tüm düşük frekanslı bileşenlerini zayıflatır. sinyal, Yüksek Geçiş Filtresi olarak bilinir. Kesme frekansından daha büyük yüksek frekans bileşenlerine izin verebilir ve bir sinyalin diğer tüm istenmeyen frekans bileşenlerini reddeder. Bu tip filtreler, çeşitli RF devrelerinde ve sinyal işleme sistemlerinde bulunur. Pratikte, bu filtre, kesme frekansından daha düşük olan bir sinyalin daha düşük frekanslarına izin verecektir. Yüksek Geçişli Filtre Devresi Bu devre, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi direnç ve kapasitör bileşenlerinin yer değiştirmesi dışında, düşük geçişli filtre devresininkiyle aynıdır.Yüksek Geçişli Filtre Devresi Bir sinyalin kesme frekansından daha yüksek frekanslara izin vermek için iki pasif elemanlı direnç ve kapasitör seri kombinasyon halinde bağlanır. Bir sinyalin çıkış voltajı, kapasitör boyunca giriş voltajı uygulanarak direnç boyunca elde edilir. Bu filtre türü, birinci dereceden yüksek geçiren filtre devresinin altına gelir. İkinci dereceden HPF, seri olarak iki RC yüksek geçişli filtre devresinin basamaklandırılmasından başka bir şey değildir. İkinci mertebe HPF'de geçiş bandının kazancındaki artış +40dB/on yıl olacaktır.Pasif RC HPPasif RC yüksek geçiren filtre devresi, direnç ve kapasitör (pasif RC HPF) olmak üzere iki kombinasyonda tasarlanabilir; uygulamaya göre direnç ve indüktör (pasif RL HPF). Pasif RC HPF, ses veya düşük frekans aralıklarındaki uygulamalar için kullanılır. Pasif RL HPF devreleri, RF veya yüksek frekans aralıklarındaki uygulamalar için kullanılır. Yüksek geçiren filtre devresi, direnç ve kapasitör gibi pasif elemanların kullanılması nedeniyle pasif RC yüksek geçiş filtresi olarak da adlandırılır. Ana avantajı, herhangi bir harici güç kaynağı veya herhangi bir amplifikasyon bileşeni uygulamaya gerek olmamasıdır. Pasif RC HPF, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi basit bir RC HPF devresidir. Kondansatör ve direnç, çıkış voltajının direnç boyunca geliştirildiği seri olarak bağlanır. Kondansatörün reaktansı nedeniyle, filtre yalnızca kesme frekansından daha büyük bir sinyalin yüksek frekanslarına izin verir ve kesme frekansının altındaki bir sinyalin daha düşük frekanslarını bloke eder. ÖzelliklerBu yüksek geçiren filtre özellikleri, bir çıkış sinyalinin frekans yanıtı ve faz kayması cinsinden açıklanır. İdeal Özellikler Bir HPF'nin ana özelliği, kesme frekansından daha büyük tüm yüksek frekans bileşenlerine izin vermesi ve tüm düşük frekansları zayıflatmasıdır. kesme frekansından daha düşük bir sinyalin Bir HPF'nin ideal özellikleri aşağıda gösterilmiştir. Geçiş bandı, HPF olarak adlandırılır ve kesme frekansından daha büyük olan daha yüksek frekanslara izin verir. Bu filtre, durdurma bandı olarak adlandırılan düşük frekansları zayıflatır.Yüksek Geçişli Filtrenin İdeal Özellikleri Frekans Tepkisi Bir çıkış sinyalinin frekansı, kazançla doğru orantılıdır. Frekans arttıkça kazanç artar. Bir RC yüksek geçiş filtresinin frekans yanıtı, bir kapasitörün reaktansına bağlıdır. Kondansatör, bir sinyalin düşük frekanslarını, yani kesme frekansının altına düşürmek için gerekli miktarda reaktans veya yüksek reaktans üretir. Kapasitörün düşük reaktansında, RC yüksek geçiş filtresi, bir sinyalin yüksek frekanslı bileşenlerine izin verir, yani kesme frekansından daha büyük. Ancak pratikte, RC yüksek geçiş filtresi, kesme frekansının altındaki düşük frekanslara izin verir. RC yüksek geçiş filtresinin kazancı, yüksek frekanslarda reaktans düşük/sıfır olduğunda birlik olur. Yani çıkış voltajı verilen giriş voltajı ile aynıdır. Yüksek frekanslara izin vermek ve düşük frekansları reddetmek için, frekanstaki artışla kapasitif reaktans azalır, bu da çıkış voltajında ​​ve kazançta artışa neden olur. Kapasitif reaktans, Xc = 1/2πfc şeklinde verilir. Burada 'fc' = Hz'Xc' cinsinden kesme frekansı = kapasitif reaktans Bir RC yüksek geçiş filtresinin frekans yanıtı ve faz kaydırma özellikleri aşağıda gösterilmiştir.RC HPF Karakteristikleri Şekilden, frekans kesim frekansında ve R=Xc olduğunda düşük frekansların bloke edildiğini/reddedildiğini ve çıkış gerilimini +20dB/on yıl arttırdığını gözlemleyebiliriz. RC yüksek geçiş filtresi, çıkış voltajı giriş voltajının 0.7071 veya %70.71'i olduğunda, yani -3dB giriş ve çıkış seviyelerinde (20 log Vout/Vin hesaplayarak) yüksek frekanslara (kesme frekansından sonsuza kadar) izin verir. Bu, bir HPF'nin frekans yanıtının, kesme frekansından sonsuza kadar yüksek frekans sinyallerine izin verildiği anlamına gelir. Kesme frekansında, giriş sinyalinin ve çıkış sinyalinin faz kayması aynıdır, yani 45°'de. Bir sinyalin frekansı kesme frekansından büyük olduğunda, faz açısı Sıfırdır. Bu, çıkış sinyalinin yüksek frekanslarda giriş sinyaline göre fazda olduğu anlamına gelir. Bir kapasitörün şarj ve deşarj olması için geçen süre, 'τ' ile gösterilen zaman sabiti biçiminde ifade edilir. Bir RC yüksek geçiren filtrenin zaman sabiti şu şekilde verilir: τ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RCBir RC HPF'nin kesme frekansı,fc= 1/2πRC olarak verilir.Bir RC HPF'nin faz kayması verilen asΦ=tan-1 (1/2πfRC) Burada 'fc' = Hz'f' cinsinden kesme frekansı = Hz'R' cinsinden çalışma frekansı = ohm'C' cinsinden direnç değeri = FaradsYüksek Geçişte kapasitörün değeri Op-Amp kullanarak filtre Op-amp kullanan yüksek geçiş filtresinin tasarımı ve uygulanması çok kolaydır çünkü sınırlı sayıda kullanır. elektronik bileşenler ve gürültüyü ve uğultuyu giderir. Op-amp kullanan yüksek geçiş filtresinin devre şeması aşağıda gösterilmiştir. Pasif RC HPF, amplifikasyon ve voltaj kazancı kontrolü için ters çevirmeyen op-amp'e bağlanır.Op-Amp kullanan Yüksek Geçişli FiltreÇıkış, op-amp'in açık döngü özellikleri ile sınırlıdır. RC HPF'nin çıkışı, çıkış sinyalinin voltaj kazancının amplifikasyonu ve kontrolü için bir op-amp'e uygulanır. Op-amp kullanan yüksek geçiş filtresinin voltaj kazancı, Aᵥ= Vout/Vin=Af(f) şeklinde verilir. /fc)/√(1+(f/fc)2)Burada Av= dB cinsinden voltaj kazancı= 1+R2/R1Af = geçiş bandı kazancıfc= Hzf cinsinden kesme frekansı = Hz olarak çalışma frekansıf < fc (düşük frekanslar) olduğunda , sonra Vout/Vin < AfWhen f = fc ( kesme frekansında), sonra Vout/Vin=Af/2 ^½ = 0.7071AfWhen f > fc (yüksek frekanslar), ardından Vout/Vin = Af Op-amp sabit geçiş bandı kazancı Af olan HPF'nin en yüksek frekansını belirler. Voltaj kazancının büyüklüğü Av(dB) = 20 log (Vout/Vin)-3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin) olarak verilir. )Aktif Yüksek Geçiş Filtresi RC yüksek geçiş filtresi op-amp gibi aktif elemana yüksek frekanslara izin verecek şekilde bağlanır ve düşük frekansları reddederse buna aktif HPF denir. Aktif HPF'nin frekans yanıtı ve faz kayması, RC HPF ile aynıdır. Aktif yüksek geçiren filtrenin amacı, voltaj kazancını kontrol etmek ve çıkış sinyalini yükseltmektir. Amplifikasyon için aktif yüksek geçiren filtrenin devre şeması aşağıda gösterilmiştir.Amplifikasyon için Aktif HPFRC HPF devresi, ters çevirmeyen op-amp'e bağlanır. Pasif yüksek geçiş filtresinin çıkışı ve kesme frekansı op-amp tarafından kontrol edilir. Op-amp'in bant genişliği ve kazanç özelliklerinin kesim frekansını belirlediği yer. Bu filtre türü bir bant geçiren filtre görevi görür. Op-amp, çıkış sinyalinin genliğini arttırır ve geçiş bandının çıkış voltajı kazancı, alçak geçiren filtre ile aynı olan 1+R2/R1 olarak verilir. Transfer Fonksiyonu Yüksek geçiren filtre transfer fonksiyonunu elde etmek için, Yukarıda gösterildiği gibi pasif bir RC HPF devresi düşünün. Yukarıdaki devreden, Vo = direnç boyunca çıkış voltajıVi = kapasitör boyunca uygulanan giriş voltajı, Laplace Dönüşümünü hem giriş hem de çıkış tarafında alarak,H(s)=Vₒ(s)/ Vᵢ(s)H(s)=R/(R+(1/sC))Yukarıdaki denklem, H(s)=sCR/(1+sCR) olur.Yukarıdaki denklemde s=jw yerine H(jω)=jωCR /(1+jωCR)O zaman denklem olurHPF transfer fonksiyonunun büyüklüğü|H(jω)|=ωCR/√(1+(ωCR)^2 ) olarak temsil edilir )Eğer ω = 0 ise, o zaman HPF transfer fonksiyonu = 0If ω = 1/CR, o zaman HPF transfer fonksiyonu = 0.707Eğer ω = sonsuz ise, o zaman HPF transfer fonksiyonu = 1Bu nedenle, yukarıdaki transfer fonksiyonu özellikleri, pasif RC yüksek geçiş filtresinin kesme frekansından i'ye yüksek frekanslara izin verebileceğini gösterir. sonsuzluk. yani, ω 0'dan sonsuza kadar değişirse 1'dan 0'e değişir.Butterworth HPFButterworth yüksek geçiş filtresi, geçiş bandında düz frekans yanıtı sağlayan HPF türlerinden biridir. Düz frekans tepkisi nedeniyle dalgalanma olmayacaktır. Geçiş bandının kapalı döngü kazancının bir olduğu çeşitli uygulamalarda kullanılan düz-düz filtre olarak da bilinir. Birinci dereceden Butterworth yüksek geçiren filtrenin devre şeması ve frekans yanıtı aşağıda gösterilmiştir. Bunlar çok kolay ve tasarımı basit.Butterworth HPFKazanç birinci derece Butterworth HPF için +20dB/on yılda artarken, ikinci derece Butterworth HPF için +40dB/on yıl olacaktır.Butterworth HPF KarakteristikleriUygulamalarYüksek geçiş filtrelerinin uygulamalarıSinyalleri yükseltmek için hoparlörlerGörüntü işlemeDC akımının yükseltilmesinde ve AC kuplajında ​​kullanılırKontrol sistemleri ve ses işleme sistemleri.Telefonlarda DSL ayırıcılarRF uygulamalarıBu nedenle, bu tamamen yüksek geçiş filtresine (hem aktif hem de pasif tip) genel bir bakışla ilgilidir. - tanım, devre, Butterworth HPF, Op-amp kullanan HPF ve uygulamaları. İşte size bir soru, “Yüksek Geçişli Filtrelerin avantajları ve dezavantajları nelerdir?”

Mesaj bırakın 

İleti listesi