Terdapat era di mana semasa membuat panggilan telefon di tempat yang jauh, seseorang harus meletakkan mulutnya sangat dekat dengan pemancar, bercakap dengan sangat perlahan dan sangat kuat sehingga mesej dapat didengar dengan jelas oleh orang di ujung yang lain. Hari ini, kita juga boleh membuat panggilan video ke seluruh dunia dengan resolusi berkualiti tinggi. Rahsia perkembangan teknologi yang begitu besar terletak pada Elektrik tapis teori dan Teori garis penghantaran . Penapis elektrik adalah litar yang hanya melewati jalur frekuensi yang dipilih sambil mengurangkan frekuensi yang tidak diingini. Salah satu penapis tersebut adalah Penapis lulus tinggi .
Apa itu Penapis Lulus Tinggi?
Definisi saringan lulus tinggi adalah penapis yang hanya menyebarkan isyarat yang frekuensi lebih tinggi daripada frekuensi pemotongan sehingga mengurangkan isyarat frekuensi yang lebih rendah. Nilai frekuensi pemotongan bergantung pada reka bentuk penapis.
Litar Penapis Lulus Tinggi
Penapis Lulus Tinggi asas dibina dengan sambungan siri kapasitor dan perintang . Sementara isyarat input digunakan untuk pemuat , output ditarik seberang perintang .
Litar Penapis Lulus Tinggi
Dalam susunan litar ini, kapasitor mempunyai reaktansi tinggi pada frekuensi yang lebih rendah sehingga bertindak sebagai litar terbuka ke isyarat input frekuensi rendah sehingga frekuensi pemotongan 'fc' tercapai. Penapis mengurangkan semua isyarat di bawah tahap frekuensi pemotongan. Pada frekuensi di atas terputus tahap frekuensi reaktansi kapasitor menjadi rendah dan ia bertindak sebagai litar pintas ke frekuensi ini sehingga membolehkan mereka lulus terus ke output.
Penapis Pas Lulus Tinggi Pasif
Penapis High Pass yang ditunjukkan di atas juga dikenali sebagai Penapis pasif RC High Pass kerana litar dibina menggunakan hanya unsur pasif . Tidak perlu menggunakan kuasa luaran untuk kerja penapis. Di sini kapasitor adalah elemen reaktif dan output ditarik melintasi perintang.
Ciri-ciri Penapis Lulus Tinggi
Apabila kita bercakap mengenai frekuensi pemotongan kita merujuk kepada titik di tindak balas kekerapan penapis di mana keuntungan adalah sama dengan 50% kenaikan puncak isyarat .i.e. 3dB kenaikan puncak. Keuntungan High Pass Filter meningkat dengan peningkatan frekuensi.
Keluk Frekuensi Penapis Lulus Tinggi
Frekuensi pemotongan fc ini bergantung pada nilai R dan C litar. Di sini Pemalar masa τ = RC, frekuensi pemotongan berkadar songsang dengan pemalar masa.
Kekerapan pemotongan = 1 / 2πRC
Keuntungan litar diberikan oleh AV = Vout / Vin
.i.e. AV = (Vout) / (V in) = R / √ (Rdua+ Xcdua) = R / Z
Pada frekuensi rendah f: Xc → ∞, Vout = 0
Pada frekuensi tinggi f: Xc → 0, Vout = Vin
Respons Frekuensi Penapis Lulus Tinggi atau Plot Bode Penapis Lulus Tinggi
Dalam saringan lulus tinggi, semua frekuensi yang berada di bawah frekuensi pemotongan ‘fc’ dilemahkan. Pada titik frekuensi pemotongan ini kita mendapat keuntungan -3dB dan pada tahap ini reaktansi nilai kapasitor dan perintang akan sama .i. R = Xc. Keuntungan dikira sebagai
Keuntungan (dB) = 20 log (Vout / Vin)
Lereng keluk penapis lulus tinggi ialah +20 d B / dekad. I.e. setelah melewati tahap frekuensi pemotongan, tindak balas output litar meningkat dari 0 hingga Vin pada kadar +20 dB per dekad iaitu kenaikan 6 dB per oktaf.
Respons Frekuensi Penapis Lulus Tinggi
Kawasan dari titik awal hingga titik frekuensi cutoff dikenali sebagai jalur berhenti kerana frekuensi tidak dibenarkan dilalui. Kawasan dari atas titik frekuensi pemotongan. titik -3 dB dikenali sebagai jalur pas . Pada frekuensi cutoff, amplitud voltan output titik akan menjadi 70.7% daripada voltan input.
Di sini lebar jalur penapis menunjukkan nilai frekuensi dari mana isyarat dibenarkan untuk dilalui. Sebagai contoh, jika lebar jalur penapis lulus tinggi diberikan sebagai 50 kHz, ini bermaksud bahawa hanya frekuensi dari 50 kHz hingga tak terhingga yang dibenarkan untuk lulus.
Sudut fasa isyarat output adalah +450 pada frekuensi pemotongan. Formula untuk mengira peralihan fasa saringan lulus tinggi adalah
∅ = arctan (1 / 2πfRC)
Keluk Pergeseran Fasa
Dalam aplikasi praktikal, tindak balas output penapis tidak meluas hingga tak terhingga. Ciri elektrik elemen penapis menerapkan had tindak balas penapis. Dengan pemilihan komponen penapis yang tepat, kita dapat mengatur jarak frekuensi yang akan dilemahkan, julat yang akan dilalui dll ...
Penapis Lulus Tinggi menggunakan Op-Amp
Dalam penapis lulus tinggi ini bersama dengan elemen penapis pasif, kami tambahkan Op-amp ke litar. Daripada mendapat respons output yang tidak terbatas, di sini tindak balas output dibatasi oleh gelung terbuka ciri-ciri Op-amp . Oleh itu penapis ini bertindak sebagai penapis hantaran jalur dengan frekuensi pemotongan yang ditentukan oleh lebar jalur dan ciri-ciri keuntungan Op-amp.
Penapis Lulus Tinggi menggunakan Op-Amp
Keuntungan voltan gelung terbuka Op-amp bertindak sebagai batasan lebar jalur penguat . Keuntungan penguat berkurang menjadi 0 dB dengan peningkatan frekuensi input. Tindak balas litar serupa dengan penapis pas pas tinggi tetapi di sini keuntungan Op-amp menguatkan amplitud isyarat output.
The keuntungan penapis menggunakan Op-amp bukan terbalik diberikan oleh:
AV = Vout / Vin = (Mati (f / fc)) / √ (1+ (f / fc) ^ 2)
di mana Af adalah keuntungan jalur masuk penapis = 1+ (R2) / R1
f ialah frekuensi isyarat input dalam Hz
fc adalah frekuensi pemotongan
Apabila toleransi rendah perintang dan kapasitor digunakan penapis High Pass Active ini memberikan ketepatan dan prestasi yang baik.
Penapis Lulus Tinggi Aktif
Penapis Lulus Tinggi menggunakan Op-amp juga dikenali sebagai penapis lulus tinggi aktif kerana bersama dengan elemen pasif kapasitor dan perintang unsur aktif Op-amp digunakan dalam litar . Dengan menggunakan elemen aktif ini, kita dapat mengawal frekuensi pemotongan dan julat tindak balas output penapis.
Penapis Pas Tinggi Kedua
Litar saringan yang kita lihat hingga sekarang semuanya dianggap sebagai penapis lulus tinggi pertama. Dalam saringan lulus tinggi pesanan kedua, blok tambahan rangkaian RC ditambahkan ke penapis lulus tinggi pesanan pertama di laluan input.
Penapis Pas Tinggi Kedua
The tindak balas kekerapan penapis lulus tinggi kedua sama dengan penapis lulus tinggi pesanan pertama. Tetapi dalam jalur kedua, jalur berhenti penapis lulus tinggi akan menjadi dua kali ganda daripada penapis pesanan pertama pada 40dB / Dekad. Penapis urutan yang lebih tinggi dapat dibentuk dengan merangkai penapis urutan pertama dan kedua. Walaupun tidak ada batasan pesanan, saiz penapis meningkat seiring dengan penurunan pesanan dan ketepatannya. Sekiranya dalam turutan turutan lebih tinggi R1 = R2 = R3 dll ... dan C1 = C2 = C3 = dan lain-lain ... maka frekuensi pemotongan akan sama tanpa mengira urutan penapis.
Penapis Pas Tinggi Kedua
Frekuensi pemotongan penapis High Pass Active tertib kedua dapat diberikan sebagai
fc = 1 / (2π√ (R3 R4 C1 C2))
Fungsi Pemindahan Penapis Lulus Tinggi
Oleh kerana impedans kapasitor sering berubah, penapis elektronik mempunyai tindak balas yang bergantung pada frekuensi.
Impedansi kompleks kapasitor diberikan sebagai Zc = 1 / sC
Di mana, s = σ + jω, ω adalah frekuensi sudut dalam radian sesaat
Fungsi pemindahan litar boleh didapati dengan menggunakan teknik analisis litar standard seperti Ohm undang-undang , Undang-undang Kirchhoff , Superposisi dll. Bentuk asas fungsi Transfer diberikan oleh persamaan
H (s) = (am s ^ m + a (m-1) s ^ (m-1) + ⋯ + a0) / (bn s ^ n + b (n-1) s ^ (n-1) + ⋯ + b0)
The urutan penapis dikenali dengan tahap penyebutnya. Kutub dan Sifar litar diekstrak dengan menyelesaikan punca persamaan. Fungsi tersebut mungkin mempunyai akar yang nyata atau kompleks. Cara akar ini diplot pada satah s, di mana σ dilambangkan oleh paksi mendatar dan ω dilambangkan oleh paksi menegak, menunjukkan banyak maklumat mengenai litar. Untuk penapis lulus tinggi, sifar terletak di tempat asal.
H (jω) = Vout / Vin = (-Z2 (jω)) / (Z1 (jω))
= - R2 / (R1 + 1 / jωC)
= -R2 / R1 (1 / (1+ 1 / (jωR1 C))
Di sini H (∞) = R2 / R1, tambah apabila ω → ∞
τ = R1 C dan ωc = 1 / (τ) .i.e ωc = 1 / (R1C) ialah frekuensi pemotongan
Oleh itu fungsi pemindahan penapis lulus tinggi diberikan oleh H (jω) = - H (∞) (1 / (1+ 1 / jωτ))
= - H (∞) (1 / (1- (jωc) / ω))
Apabila frekuensi input rendah maka Z1 (jω) besar, oleh itu tindak balas output rendah.
H (jω) = (- H (∞)) / √ (1+ (ωc / ω) ^ 2) = 0 ketika ω = 0 H (∞) / √2 ketika ω = ω_c
dan H (∞) apabila ω = ∞. Di sini tanda negatif menunjukkan peralihan fasa.
Apabila R1 = R2, s = jω dan H (0) = 1
Jadi, fungsi pemindahan High Pass Filter H (jω) = jω / (jω + ω_c)
Penapis High Pass bernilai mentega
Selain menolak frekuensi yang tidak diingini, penapis yang ideal juga harus mempunyai kepekaan yang seragam untuk frekuensi yang diinginkan. Penapis ideal seperti itu tidak praktikal. Tetapi Stephen Butter yang bernilai dalam makalahnya 'Mengenai teori penguat penapis' menunjukkan bahawa jenis penapis ini dapat dicapai dengan meningkatkan jumlah elemen penapis dengan magnitud tepat.
Penapis bernilai mentega direka sedemikian rupa sehingga memberikan tindak balas frekuensi rata di jalur laluan penapis dan menurun ke arah sifar di jalur berhenti. Prototaip asas bagi Penapis bernilai mentega adalah reka bentuk hantaran rendah tetapi dengan modifikasi hantaran tinggi dan penapis pas jalur boleh dirancang.
Seperti yang telah kita lihat di atas untuk keuntungan unit penapis lulus tinggi pertama adalah H (jω) = jω / (jω + ω_c)
Untuk n penapis sedemikian secara bersiri H (jω) = (jω / (jω + ω_c)) ^ n yang apabila menyelesaikan sama dengan
‘N’ mengawal urutan peralihan antara band pass dan stop band. Oleh itu, semakin tinggi pesanan, peralihan cepat jadi, pada n = ∞ Penapis bernilai mentega menjadi Penapis Lulus Tinggi yang ideal.
Semasa pelaksanaan penapis ini untuk kesederhanaan kami mempertimbangkan ωc = 1 dan menyelesaikan fungsi pemindahan
untuk s = jω .i.e. H (s) = s / (s + ωc) = s / (s + 1) untuk pesanan 1:
H (s) = s ^ 2 / (s ^ 2 + Δωs + (ωc ^ 2) untuk pesanan 2
Oleh itu fungsi pemindahan kaskade di High Pass Filter adalah
Bode Plot of Butter bernilai High Pass Filter
Aplikasi Penapis Lulus Tinggi
Aplikasi penapis lulus tinggi merangkumi yang berikut.
- Penapis ini digunakan dalam pembesar suara untuk penguatan.
- Penapis lulus tinggi digunakan untuk mengeluarkan bunyi yang tidak diingini dekat dengan hujung bawah julat yang dapat didengar.
- Untuk mengelakkan penguatan Arus DC yang boleh membahayakan penguat, penapis lulus tinggi digunakan untuk gandingan AC.
- Penapis High Pass masuk Pemprosesan imej : Penapis lulus tinggi digunakan dalam pemprosesan gambar untuk mempertajam perincian. Dengan menerapkan penapis ini di atas gambar, kita dapat membesar-besarkan setiap bahagian kecil dari detail dalam gambar. Tetapi keterlaluan boleh merosakkan gambar kerana penapis ini meningkatkan kebisingan dalam gambar.
Masih banyak perkembangan yang perlu dibuat dalam reka bentuk penapis ini untuk mencapai hasil yang stabil dan ideal. Peranti mudah ini memainkan peranan penting dalam pelbagai sistem kawalan , sistem automatik, Pemprosesan imej dan audio. Yang mana aplikasi Penapis lulus tinggi adakah anda telah terjumpa?
