ما هو مرشح التمرير العالي: العمل وتطبيقاته

المرشحات هي الدوائر الإلكترونية التي تسمح بمكونات تردد معينة وتضعف مكونات التردد غير المرغوب فيها لإشارة الدخل. توجد هذه في العديد من التطبيقات الإلكترونية للسماح بنطاق معين من ترددات الإشارة. بشكل أساسي ، تنقسم المرشحات إلى نوعين بناءً على نوع المكونات المستخدمة في التصميم والتشغيل. هم المرشحات السلبية والمرشحات النشطة. اعتمادًا على نطاق الترددات ، يتم تصنيف المرشحات إلى 4 أنواع. هم مرشحات تمرير منخفض ، مرشحات تمرير عالية ، مرشحات تمرير النطاق ، ومرشحات إيقاف النطاق. توضح هذه المقالة مرشح التمرير العالي ، والذي يمكن استخدامه كمرشح نشط ومرشح سلبي. إشارة ، تُعرف باسم High Pass Filter. يمكن أن يسمح للمكونات عالية التردد أكبر من تردد القطع ويرفض جميع مكونات التردد غير المرغوب فيها الأخرى للإشارة. توجد هذه الأنواع من المرشحات في مختلف دوائر الترددات الراديوية وأنظمة معالجة الإشارات. في الممارسة العملية ، سيسمح هذا المرشح بترددات أقل للإشارة ، والتي تكون أقل من تردد القطع. دائرة مرشح التمرير العالي هذه الدائرة هي نفس دائرة مرشح التمرير المنخفض ، باستثناء أن مكونات المقاوم والمكثف يتم تبديلهما كما هو موضح في الشكل أدناه.دائرة مرشح الترددات العالية يتم توصيل عنصرين منفعلين المقاوم والمكثف في تركيبة متسلسلة للسماح بترددات أعلى من تردد القطع للإشارة. يتم الحصول على جهد خرج الإشارة عبر المقاوم من خلال تطبيق جهد الدخل عبر المكثف. يأتي هذا النوع من المرشحات تحت دائرة مرشح التمرير العالي من الدرجة الأولى. إن HPF من الدرجة الثانية ليس سوى سلسلة من دائرتي ترشيح RC عاليتي التمرير في سلسلة. ستكون الزيادة في كسب نطاق المرور في HPF من الدرجة الثانية بمعدل + 40dB / عقد .Passive RC HPC يمكن تصميم دائرة مرشح RC السلبي في مجموعتين مثل المقاوم والمكثف (RC HPF السلبي) ؛ المقاوم والمحث (السلبي RL HPF) بناءً على التطبيق. يتم استخدام RC HPF السلبي للتطبيقات في نطاقات الصوت أو التردد المنخفض. تُستخدم دوائر RL HPF السلبية للتطبيقات في نطاقات الترددات الراديوية أو نطاقات التردد العالي. تسمى دائرة مرشح التمرير العالي أيضًا مرشح التمرير العالي RC السلبي بسبب استخدام العناصر السلبية مثل المقاوم والمكثف. الميزة الرئيسية هي أنه ليست هناك حاجة لتطبيق أي مصدر طاقة خارجي أو أي مكونات تضخيم. RC HPF السلبي عبارة عن دائرة RC HPF بسيطة كما هو موضح في الشكل أعلاه. يتم توصيل المكثف والمقاوم في سلسلة حيث يتم تطوير جهد الخرج عبر المقاوم. بسبب تفاعل المكثف ، يسمح المرشح فقط بترددات عالية للإشارة أكبر من تردد القطع ويمنع الترددات المنخفضة للإشارة تحت تردد القطع. يتم شرح خصائص مرشح التمرير العالي هذه من حيث استجابة التردد وتحول الطور لإشارة الخرج الخصائص المثالية السمة الرئيسية لـ HPF هي أنه يسمح لجميع المكونات عالية التردد أكبر من تردد القطع ويضعف جميع الترددات المنخفضة من إشارة أقل من تردد القطع. الخصائص المثالية لـ HPF موضحة أدناه. يشار إلى نطاق المرور باسم HPF يسمح بالترددات الأعلى التي تكون أكبر من تردد القطع. يعمل هذا المرشح على تخفيف الترددات المنخفضة ، والتي يشار إليها باسم نطاق التوقف.الخصائص المثالية لمرشح الترددات العاليةالاستجابة الترددية تردد إشارة الخرج يتناسب طرديا مع الكسب. مع زيادة التردد ، يزداد الكسب. تعتمد استجابة التردد لمرشح تمرير عالي RC على تفاعل مكثف. ينتج المكثف المقدار المطلوب من التفاعل أو التفاعل العالي لتخفيف الترددات المنخفضة للإشارة ، أي أقل من تردد القطع. عند التفاعل المنخفض للمكثف ، يسمح مرشح التمرير العالي RC للمكونات عالية التردد للإشارة ، أي أكبر من تردد القطع. ولكن ، عمليًا ، يسمح مرشح التمرير العالي RC بالترددات المنخفضة التي تقل عن تردد القطع. يصبح كسب مرشح التمرير العالي RC وحدة عندما تكون المفاعلة منخفضة / صفر عند الترددات العالية. هذا هو جهد الخرج هو نفس جهد الدخل المحدد. للسماح بالترددات العالية ورفض الترددات المنخفضة ، تقل المفاعلة السعوية مع زيادة التردد ، مما يؤدي إلى زيادة جهد الخرج وكسبه. تُعطى المفاعلة السعوية على النحو التالي ، Xc = 1 / 2πfc حيث 'fc' = تردد القطع في Hz'Xc '= مفاعلة سعوية ترد خصائص استجابة التردد وتحول الطور لمرشح التمرير العالي RC أدناه.خصائص RC HPF من الشكل ، يمكننا أن نلاحظ أن الترددات المنخفضة يتم حظرها / رفضها وزيادة جهد الخرج بمقدار + 20 ديسيبل / عقد عندما يكون التردد عند تردد القطع و R = Xc. يسمح مرشح التمرير العالي RC بالترددات العالية (من تردد القطع إلى اللانهاية) عندما يكون جهد الخرج 0.7071 أو 70.71٪ من جهد الدخل ، أي عند -3 ديسيبل مستويات الإدخال والإخراج (عن طريق حساب 20 log Vout / Vin). هذا يعني أن استجابة التردد لـ HPF هي ، يُسمح للإشارات عالية التردد من تردد القطع إلى اللانهاية. في تردد القطع ، يكون تغيير الطور لإشارة الإدخال وإشارة الخرج هو نفسه ، أي عند 45 درجة. عندما يكون تردد الإشارة أكبر من تردد القطع ، تكون زاوية الطور صفراً. هذا يعني أن إشارة الخرج في طور بالنسبة لإشارة الإدخال عند الترددات العالية ، ويتم التعبير عن الوقت المستغرق لشحن وتفريغ مكثف في شكل ثابت الوقت ، يُشار إليه بالرمز "τ". يتم إعطاء ثابت الوقت لمرشح التمرير العالي RC كما يلي: معطى كـΦ = tan-1 (2 / 1πfRC) حيث 'fc' = تردد القطع بالهرتز f '= تردد التشغيل بالهرتز R' = قيمة المقاومة بالأومس C '= قيمة المكثف في فاراد مرشح باستخدام Op-Amp من السهل جدًا تصميم وتنفيذ مرشح التمرير العالي الذي يستخدم op-amp لأنه لا يستخدم سوى عدد محدود. المكونات الإلكترونية ويزيل الضوضاء والهمهمة. يظهر أدناه مخطط الدائرة لمرشح التمرير العالي باستخدام op-amp. يتم توصيل RC HPF السلبي بجهاز op-amp غير المقلوب للتضخيم والتحكم في كسب الجهد.مرشح تمرير عالي باستخدام Op-Amp الإخراج محدود بخصائص الحلقة المفتوحة لـ op-amp. يتم تطبيق خرج RC HPF على جهاز op-amp لتضخيم والتحكم في كسب الجهد لإشارة الخرج. / fc) / √ (1+ (f / fc) 2) حيث Av = كسب الجهد بوحدة dB = 1 + R2 / R1Af = كسب نطاق التمرير = تردد القطع بالهرتز f = تردد التشغيل بالهرتز عندما f <fc (الترددات المنخفضة) ، ثم Vout / Vin <AfWhen f = fc (بتردد القطع) ، ثم Vout / Vin = Af / 2 ^ ½ = 0.7071Af عندما f> fc (ترددات عالية) ، ثم Vout / Vin = Af عرض النطاق الترددي للحلقة المغلقة يحدد Op-amp أعلى تردد لـ HPF ، الذي يحتوي على كسب نطاق مرور ثابت Af. يُعطى حجم كسب الجهد كـAv (dB) = 20 log (Vout / Vin) -3dB = 20 log (0.707 Vout / Vin) ) مرشح الترددات العالية النشط: إذا كان مرشح الترددات العالية RC متصلاً بالعنصر النشط مثل op-amp للسماح بالترددات العالية ويرفض الترددات المنخفضة ، فإنه يسمى HPF النشط. استجابة التردد وتحول الطور لـ HPF النشط هي نفسها RC HPF. الغرض من مرشح التمرير العالي النشط هو التحكم في كسب الجهد وتضخيم إشارة الخرج. يظهر أدناه مخطط الدائرة لمرشح التمرير العالي النشط للتضخيم.HPF النشط للتضخيمتتصل دائرة RC HPF بمكبر الصوت غير المقلوب. يتم التحكم في الإخراج وتردد القطع لمرشح التمرير العالي السلبي بواسطة op-amp. حيث يحدد عرض النطاق الترددي واكتساب خصائص المرجع أمبير تردد القطع. يعمل هذا النوع من المرشحات كمرشح ممر النطاق. يزيد op-amp من سعة إشارة الخرج ويتم إعطاء كسب جهد الخرج لنطاق المرور 1 + R2 / R1 ، وهو نفس مرشح تمرير منخفض. وظيفة النقل لاشتقاق وظيفة نقل مرشح التمرير العالي ، سنقوم ضع في اعتبارك دائرة RC HPF سلبية كما هو موضح أعلاه. Vᵢ (s) H (s) = R / (R + (1 / sC)) تصبح المعادلة أعلاه ، H (s) = sCR / (1 + sCR) عن طريق استبدال s = jw في المعادلة أعلاه H (jω) = jωCR / (1 + jωCR) ثم تصبح المعادلة يتم تمثيل حجم وظيفة نقل HPF كـ | H (jω) | = ωCR / √ (1+ (ωCR) ^ 2) إذا كانت ω = 0 ، فإن وظيفة نقل HPF = 0If ω = 1 / CR ، ثم وظيفة نقل HPF = 0.707 إذا كانت = ما لا نهاية ، فإن وظيفة النقل HPF = 1 ومن هنا تظهر خصائص وظيفة النقل أعلاه أن مرشح الترددات العالية RC السلبي يمكن أن يسمح بالترددات العالية من التردد المقطوع إلى i nfinity. على سبيل المثال ، يختلف من 0 إلى 1 إذا كانت تختلف من 0 إلى ما لا نهاية. باترورث HPF مرشح التمرير العالي بتروورث هو أحد أنواع HPFs ، الذي يوفر استجابة ترددية مسطحة في نطاق المرور. نظرًا لاستجابتها للترددات المسطحة ، لن يكون هناك تموجات. يُعرف أيضًا باسم مرشح مسطح ، يستخدم في العديد من التطبيقات حيث يكون كسب الحلقة المغلقة لنطاق المرور هو الوحدة. يظهر أدناه مخطط الدائرة واستجابة التردد لمرشح التمرير العالي بتروورث من الدرجة الأولى. هذه سهلة للغاية وبسيطة التصميم.يزداد الكسب بمعدل + 20 ديسيبل / عقد للترتيب الأول بتروورث HPF بينما بالنسبة للترتيب الثاني بتروورث HPF ، سيكون + 40 ديسيبل / عقد.خصائص بتروورث HPF التطبيقات تطبيقات مرشحات التمرير العالي هي مكبرات صوت لتضخيم الإشارات ومعالجة الصور تستخدم في تضخيم التيار المستمر ولأقتران التيار المتردد وأنظمة التحكم وأنظمة معالجة الصوت. - التعريف ، الدائرة ، Butterworth HPF ، HPF باستخدام Op-amp وتطبيقاته. إليك سؤال لك ، "ما هي مزايا وعيوب مرشحات High Pass؟"

اترك رسالة 

قائمة الرسالة