- Com funciona el filtre High Pass?
- Resposta de freqüència i freqüència de tall
- Quina és la fórmula de la freqüència de tall?
- Càlcul de la tensió de sortida
- Exemple amb càlcul
- Canvi de fase
- Aplicacions
Anteriorment parlàvem del filtre passiu baix passiu, ara és el moment de conèixer el filtre passiu baix passiu.
Igual que abans, si mireu el nom, apareixerà "Passiu", "Alt", "Passa" i "Filtre". Així, com el seu nom indica, es tracta d’un filtre que bloqueja les freqüències baixes, però que passa l’alta freqüència per sobre del valor predeterminat, que es calcularà mitjançant la fórmula.
És “passiu”, el que significa que no hi ha alimentació externa, ni amplificació del senyal d’entrada; farem el circuit mitjançant components “passius” que no requereixen cap font d’energia externa. Els components passius són els mateixos que el filtre de pas baix, però l’ordre de connexió s’invertirà exactament. Els components passius són la resistència (R) i el
condensador (C). Una vegada més, és una configuració de filtre RC.
A veure què passa si construïm el circuit i comprovem la resposta o "Bode Plot"…
Aquí teniu el circuit en aquesta imatge:
Es tracta d’un filtre RC. En general, s'aplica un senyal d'entrada a aquesta combinació de sèrie de condensador i polarització no polaritzats. És un filtre de primer ordre, ja que només hi ha un component reactiu al circuit que és el condensador. La sortida filtrada estarà disponible a través de la resistència. La combinació d’aquest duo és exactament oposada al filtre de pas baix. Si comparem el circuit amb el filtre de pas baix veurem que la posició de la resistència i del condensador s’intercanvia.
Com funciona el filtre High Pass?
A freqüències baixes, la reactància del condensador serà molt gran, ja que actuarà com un circuit obert i bloquejarà el senyal d'entrada per sota del punt de freqüència de tall (fc). Però quan el punt de freqüència de tall arribi a la reactància del condensador començarà a reduir-se i permetrà que el senyal passi directament. Ho veurem en detall a la corba de resposta de freqüència.
Aquí teniu la corba de com s’assembla a la sortida del condensador: -
Resposta de freqüència i freqüència de tall
Aquesta és la corba de resposta en freqüència d’aquest circuit de filtre de pas alt de primer ordre.
f c És la freqüència de tall del filtre. En el punt -3dB, es deixa passar el senyal. Aquest -3dB també denota la freqüència de tall. A partir de 10Hz fins a la freqüència de tall, no es permet el pas del senyal, ja que la freqüència és de baixa freqüència, en aquest punt és la part de la banda d’aturada on no es pot passar el senyal des del filtre, sinó per sobre de la freqüència de tall després -3dB la porció es diu com a posició de banda de pas on es deixa passar el senyal. El pendent de la corba és de + 20 dB per dècada. Exactament oposat al filtre de pas baix.
La fórmula del càlcul del guany és la mateixa que vam fer servir al nostre tutorial anterior al filtre passiu de passiu baix.
Guany (dB) = 20 registres (Vout / Vin)
Després del senyal de tall, les respostes del circuit augmenten gradualment a Vin des de 0 i aquest increment es produeix a un ritme de + 20 dB / dècada. Si calculem l’ augment per octava serà de 6dB.
Aquesta corba de resposta de freqüència és el diagrama Bode del filtre de pas alt. Si seleccionem el condensador i la resistència adequats, podríem aturar les freqüències baixes, limitar el senyal que passa pel circuit del filtre sense afectar el senyal ja que no hi ha resposta activa.
A la imatge anterior, hi ha una paraula Amplada de banda. Significa després de quina freqüència permetrà passar el senyal. Per tant, si es tracta d’un filtre de pas de 600 kHz, l’amplada de banda serà de 600 kHz a Infinity. Ja que permetrà passar tots els senyals per sobre de la freqüència de tall.
A la freqüència de tall obtindrem un guany de -3dB. En aquest moment, si comparem l'amplitud del senyal de sortida amb el senyal d'entrada, veurem que l'amplitud del senyal de sortida seria del 70,7% del senyal d'entrada. També en -3dB guanyem la reactància capacitiva i la resistència seria igual. R = Xc.
Quina és la fórmula de la freqüència de tall?
La fórmula de freqüència de tall és exactament igual que el filtre de pas baix.
f c = 1 / 2πRC
Així doncs, R és resistència i C és capacitat. Si posem el valor, sabrem la freqüència de tall.
Càlcul de la tensió de sortida
Vegem la primera imatge, els circuits on s’utilitzen 1 resistència i un condensador per formar un filtre de pas alt o circuit RC.
Quan el senyal de CC aplicat a través del circuit és la resistència del circuit que crea caiguda quan circula corrent. Però en cas d’un senyal de corrent altern no és resistència, sinó que la impedància és responsable de la caiguda de tensió, que també es mesura en ohms.
Al circuit RC hi ha dues coses resistives. Un és resistència i un altre és la reactància capacitiva del condensador. Per tant, primer hem de mesurar la reactància capacitiva del condensador, ja que serà necessària per calcular la impedància dels circuits.
La primera oposició resistiva és la reactància capacitiva, la fórmula és: -
Xc = 1 / 2πfC
La sortida de la fórmula serà en Ohms, ja que Ohms és la unitat de reactància capacitiva perquè és una resistència que significa una oposició.
La segona oposició és la pròpia resistència. El valor de la resistència també és una resistència.
Per tant, combinant aquestes dues oposicions obtindrem la resistència total, que és la impedància en el circuit RC (entrada de senyal AC).
La impedància es denomina Z
La fórmula és: -
Com s'ha comentat anteriorment a baixa freqüència, la reactància del condensador és massa alta perquè actua com un circuit obert, la reactància del condensador és infinita a baixa freqüència, de manera que bloqueja el senyal. El guany de sortida és 0 en aquell moment i, a causa del bloc, la tensió de sortida continua sent 0 fins que s’assoleix la freqüència de tall.
Però en alta freqüència passarà el contrari, la reactància del condensador és massa baixa perquè actui com un curtcircuit, la reactància del condensador és 0 a alta freqüència, de manera que passa el senyal. El guany de sortida és 1 en aquest moment, és a dir, la situació de guany d'unitat i, a causa del guany d'unitat, el voltatge de sortida és el mateix que el voltatge d'entrada després d'assolir la freqüència de tall.
Exemple amb càlcul
Com ja sabem què passa realment dins del circuit i com esbrinar el valor. Escollim valors pràctics.
Agafem el valor més comú de la resistència i el condensador, 330k i 100pF. Hem seleccionat el valor, ja que està àmpliament disponible i és més fàcil de calcular.
Vegem quina serà la freqüència de tall i quina serà la tensió de sortida.
La freqüència de tall serà: -
En resoldre aquesta equació, la freqüència de tall és de 4825Hz o 4,825Khz.
A veure si és cert o no…
Aquest és el circuit de l’exemple.
Com la resposta de freqüència descrita abans que a la freqüència de tall, el dB serà
-3dB, independentment de les freqüències. Anem a buscar -3dB al senyal de sortida i veurem si és 4825Hz (4,825Khz) o no.
Aquí teniu la resposta en freqüència: -
Posem el cursor a -3dB i veiem el resultat.
Com podem veure la resposta de freqüència (també anomenada Bode Plot), establim el cursor a -3,03dB i obtenim una freqüència d’amplada de banda de 4.814KHz.
Canvi de fase
L'angle de fase indica que φ (Phi) estarà a la sortida és +45
Es tracta del canvi de fase del circuit, utilitzat com a exemple pràctic.
Esbrinem el valor del desplaçament de fase a la freqüència de tall: -
Establim el cursor a +45
Es tracta d’un filtre de pas alt de segon ordre. CAPACITOR i RESISTOR és el primer ordre i CAPACITOR1 i RESISTOR1 és el segon ordre. En cascada formen un filtre de pas alt de segon ordre.
El filtre de segon ordre té un paper de pendent de 2 x + 20dB / dècada o de + 40dB (12dB / octava).
Aquí teniu la corba de resposta: -
El pendent és de + 20 dB / dècada i el vermell a la sortida final que té un pendent de + 40 dB / dècada.
Això calcularà la freqüència de tall del circuit de pas alt de segon ordre.
De la mateixa manera que el filtre de pas baix, no és tan bo posar en cascada dos filtres de pas alt, ja que la impedància dinàmica de cada ordre de filtre afecta a altres xarxes del mateix circuit.
Aplicacions
El filtre de pas baix és un circuit àmpliament utilitzat en electrònica.
Aquí hi ha algunes aplicacions: -
- Receptor d'àudio i equalitzador
- Sistema de control musical i modulació de freqüència aguda.
- Generador de funcions
- Televisió i oscil·loscopi de raigs catòdics.
- Generador d'ona quadrada d'ona triangular.
- Generadors de polsos.
- Generadors de rampa a pas.