无源高通RC滤波器

在本教程中，我们将学习无源高通RC滤波器，它的频率响应，无源高通RC滤波器的基本电路，它的应用和更多。

有关被动低通RC过滤器的信息，请查看本教程 -无源低通RC滤波器。

介绍

电滤波器是一种电路，设计用来抑制电信号中所有不需要的频率成分，只允许需要的频率。换句话说，滤波器是一种电路，它只允许一定频带的频率。

在许多应用中，电容滤波器比电感滤波器使用得多，因为电感器会产生一些杂散磁场并耗散一些功率。不仅有这些缺点，而且由于电路中电感的使用，滤波器变得笨重。

在之前的教程中，我们已经学习了滤西汉姆必威波器和无源低通滤波器的基础知识。现在让我们看看无源高通RC滤波器的工作原理。

无源高通滤波器

无源高通滤波器与无源低通滤波器类似。当低通滤波器电路中的电容和电阻位置互换时，高通滤波器的行为就会在电路中表现出来。电容器与电阻器串联起来。输入电压串联施加到电容器上，而输出电压仅通过电阻器输出。

高通滤波器允许频率高于截止频率fc，并阻塞较低频率的信号。截止频率的值取决于为电路设计所选择的元件值。这些高通滤波器在10mhz的高频范围有很多应用。

高通滤波器的电路如下图所示。

由于该电路中的组件的这种交换，由电容器传递的响应变化，并且这些变化与低通滤波器的响应完全相反。

在低频率的电容就像一个开路，在高频率的电容就像一个短路，这意味着在频率高于截止频率的电容。电容器将阻塞较低的频率进入电容器由于电容的容抗电容器。

我们知道电容器本身通过它反对一定量的电流，以便与电容器的电容范围结合。切断频率后，电容器允许所有频率由于电容电抗值的降低。这使得当输入信号频率大于截止频率FC时，电路将整个输入信号传递给输出。

At lower frequencies the reactance value increases thus when reactance increases the ability to oppose the current flow through the capacitor increases.The band of frequencies below the cut off frequency is referred as ‘Stop Band’ and the band of frequencies after the cut off frequency is referred as ‘Pass Band’.

在上述电路中，只有一个无功元件与电阻，这表明电路是一阶电路。

高通滤波器的频率响应

下面给出了关于频率和电容电抗的响应曲线：

该响应曲线表明，高通滤波器与低通滤波器完全相反。在高通滤波器中，直到切断频率，所有低频信号都被电容器阻挡，导致输出电压的降低。

在截止频率点，电阻' R '的值和电容' xc '的电抗是相等的，因此输出电压以- 20db /decade的速率增加，输出信号电平是输入信号电平的- 3db。

在非常高的频率下，电容电抗变为零，然后输出电压与Vout = Vin的输入电压相同。在低频下，电容电抗是无穷大的，因此输出电压为零，因为电抗将阻挡进入电容器的电流。

高通滤波器的输出相对于输入信号在截止频率处的移相角(ø)为+45°。这表明高通滤波器的输出是参考输入信号的引线。在高频(f > fC)，相移几乎为零，这意味着输入和输出信号都在相位上。

在理想情况下，滤波器将允许在截止频率点之后的频率达到无穷大，但在实际中，无穷大值取决于滤波器设计中使用的组件值。

相对于输入信号，电容器对极板进行充放电所花费的时间导致相位差。带有电容的电阻系列会产生充放电效果。

串联RC电路的时间常数定义为电容器充电高达最终稳态值的63.2％，并且它通常定义为电容器排出到稳态值的36.8％的时间。这由符号τ'表示。时间常数和切断频率之间的关系如下给出

ω_c= 1/ 2πfc and ω_c= 1/τ = 1/RC

通过此目明，滤波器的输出取决于在输入和时间常数处施加的频率。

切断频率和相移

切断频率或断点'fc'= 1 /2πfc

相移(ø) = tan¹(2πfRc)

高通RC滤波器输出电压和增益

高通滤波器实例

让我们考虑一个电容值为82 pF，电阻值为240k ω的高通滤波器。通过这些值，我们可以计算滤波器的截止频率

f_C= 1 /（2πrc）= 1 /（2πx 240 x 10^3.外形尺寸(宽x高)^-12) = 8.08 kHz

二阶无源高通滤波器

通过将两个一阶高通滤波器级联得到二阶高通滤波器。由于它由两个无功元件组成，这意味着两个电容，它使电路作为二级。这两级滤波器的性能等于单级滤波器，但滤波器的斜率是在- 40db / decade。

这是因为切断频率变化。与单级高通滤波器相比，它更有效，因为它有两个存储点。对于两个阶段过滤器，切断频率取决于两个电容器和两个电阻的值。这是如下所示

f_c= 1 /（2π√（r₁C₁R.₂C₂)赫兹

被动高通滤波器摘要

高通滤波器允许频率大于截止频率到无穷大。在实际情况下，无穷大并不存在，所以这个无穷大值取决于电路设计中使用的组件。

高通滤波器允许的频带被称为“Pass Band”，并且此通带仅为滤波器的带宽。滤波器减弱的频带被称为“停止频段”。

截止频率是通过使用公式“fc”来计算的，如上所示。输出信号的相移与输入信号的相位差为+45°。输出电压取决于时间常数和电路的输入频率。

由于电路中使用了高频，因此高通滤波器消除的失真比低通滤波器更精确。

高通RC微分器

对于正常的正弦波输入，滤波器的性能就像是第一阶高通滤波器，但是当我们应用不同类型的信号时，而不是正弦波，例如正方波，这使得时域响应（例如步骤或脉冲）作为输入信号。然后电路表现得像差分电路。

一种电路，其输入的导数与输出成正比，称为微分器电路。

因此，当恒定输入作用于电路时，输出变为零，因为恒定的导数趋于零。

RC差动电路如下图所示。

对于方波输入信号，输出波形显示为短脉冲。对于一个完整的输入周期，有两个具有正脉冲和负脉冲的脉冲信号。

在该过程中，输出信号的幅度不会发生变化。如果输入信号频率增加，则输出处的脉冲的宽度增加。尖峰脉冲的衰减速率取决于时间常数。

高通滤波器的应用

• 这些用于音频放大器电路作为高音交叉频率的一部分来通过阻塞低低音信号来对高音扬声器型信号。
• 它们被用作隆隆声过滤器，用来阻挡附近不需要的信号，并通过扩音器传递需要的信号。
• 它们用于交流耦合电路和差异化器电路。
• 在每个通道带的混合过程中，这些高通滤波器被添加。
• 在图像处理中，高通滤波器用于在未坐标的过程中，编辑需要高升压滤波器。
• 在图像处理中，可以在任一域或频域中完成噪声的降低。因此，与低通滤波器组合，这些高通滤波器用于增强，噪声抑制和修改图像处理中的图像。
• 在电话应用中，它们与低通滤波器组合用于DSL分配器。