פילטר מעבר גבוה פעיל

בעבר תיארנו אודות מסנן Passive High Pass ומסנן Active Pass Pass נמוך, כעת הגיע הזמן למסנן High High Pass פעיל. בואו נבדוק מהו פילטר פעיל High Pass.

מה זה, מעגל, נוסחאות, עקומה?

אותו דבר כמו כמו פילטר פסיבי נמוך לעבור, פילטר פסיבי גבוה עובד עם רכיבים פסיביים, נגד וקבל. למדנו בהדרכה הקודמת על פילטר פסיבי גבוה לעבור כי עבודתו ללא הפרעה חיצונית או תגובה אקטיבית.

אם נוסיף מגבר על פני פילטר מעבר גבוה פסיבי, נוכל ליצור בקלות פילטר מעבר גבוה פעיל. בשינוי תצורת המגבר נוכל ליצור גם סוגים שונים של פילטר מעבר גבוה, הפוך או לא הפוך או אחדות מקבלים פילטר מעבר גבוה פעיל.

למען הפשטות, יעילות הזמן וגם הטכנולוגיות הגוברות בעיצוב מגברים, בדרך כלל משתמשים במגבר לתכנון פעיל פילטר.

במסנן פסיבי גבוה לעבור, תגובת התדר אינסופית. אך בתרחיש המעשי זה מאוד תלוי ברכיבים וגורמים אחרים, כאן במקרה של פילטר מעבר גבוה פעיל, רוחב הפס המגבר הוא המגבלה העיקרית של פילטר מעבר גבוה פעיל. כלומר התדר המרבי יעבור תלוי ברווח המגבר ובמאפיין הלולאה הפתוחה של המגבר.

בואו נחקור כמה רווחי מתח DC עם לולאה פתוחה נפוצה.

מגבר אופ	רוחב פס (dB)	תדירות מרבית
LM258	100	1 מגה-הרץ
uA741	100	1 מגה-הרץ
RC4558D	35	3 מגה-הרץ
TL082	110	3 מגה-הרץ
LM324N	100	1 מגה-הרץ

זו רשימה קטנה על מגבר אופטי גנרי ועלייה במתח. כמו כן, רווח המתח תלוי במידה רבה בתדירות האות ובמתח הכניסה של המגבר וכמות הרווח המופעלת באותו מגבר.

בואו לחקור הלאה ולהבין מה מיוחד בזה: -

הנה עיצוב מסנן High Pass פשוט: -

זו התמונה של מסנן Active High Pass. כאן הקו המפר מראה לנו את המסנן הפסיבי המסורתי High Pass RC שראינו במדריך הקודם.

ניתוק תדר ורווח מתח:

נוסחת התדרים Cut off זהה לזו המשמשת במסנן פסיבי High Passive.

fc = 1 / 2πRC

כמתואר במדריך הקודם fc הוא תדר הניתוק ו- R הוא ערך הנגד ו- C הוא ערך הקבל.

שני הנגדים המחוברים בצומת החיובי של המגבר הם נגדי משוב. כאשר נגדים אלה מחוברים בצומת חיובי של המגבר-על זה נקרא תצורה לא הפוכה. נגדים אלה אחראים להגברה או לרווח.

אנו יכולים גם לחשב בקלות את הרווח של המגבר באמצעות המשוואות הבאות, שם נוכל לבחור את ערך הנגד המקביל בהתאם לרווח או שהוא יכול להיות להפך: -

רווח מגבר (משרעת DC) (Af) = (1 + R3 / R2)

עקומת תגובת תדרים:

בואו נראה מה תהיה הפלט של פילטר ה- High High Pass פעיל או עקומת תגובת התגובה / Bode: -

זוהי עקומת הרווח של מגבר ה- OP והמסנן המחובר על פני המגבר.

עקומה ירוקה זו מראה את הפלט המוגבר של האות והאדום מראה את הפלט ללא ההגברה על פני מסנן פסיבי גבוה.

אם אנו רואים את העקומה בצורה מדויקת יותר, נמצא את הנקודות שלהלן בתוך העלילה הזו:

העקומה האדומה עולה ב 20dB / עשור ובאזור הניתוק הגודל הוא -3dB שהוא 45 מעלות שלב.

כפי שנדון קודם לכן, תגובת התדרים המקסימלית של מגבר קשור קשורה מאוד לרווח או לרוחב הפס שלו (מה שנקרא רווח לולאה פתוחה Av).

ברשימה שניתנה לפני שראינו מגבר אופטי נפוץ אופייני כמו uA741, ל- LM324N יש רווח מרבי של לולאה פתוחה של 100dB אשר תפחית בקצב רול-אוף של -20dB לכל עשור אם תדר הקלט יגדל. תדר הקלט המרבי הנתמך על ידי LM324N, uA741 הוא 1 Mhz, שהוא רוחב פס או תדר של רווח אחדות. בתדר זה מגבר ה- OP בהתאמה יפיק רווח של 0dB או רווח אחדות שירד ב -20dB / עשור.

אז זה לא אינסופי, לאחר 1 מגה-הרץ הרווח יקטן בקצב של -20dB / עשור. רוחב הפס של מסנן המעבר הגבוה הפעיל תלוי מאוד ברוחב הפס של המגבר.

אנו יכולים לחשב את העלייה בגודל על ידי המרת רווח המתח המגבר.

החישוב הוא כדלקמן: -

dB = 20log (Af) Af = Vin / Vout

Af זה יכול להיות הרווח Dc שתיארנו קודם על ידי חישוב ערך הנגד או חלוקת ה- Vout עם Vin.

אנו יכולים גם להשיג את עליית המתח מהתדר המופעל על המסנן (f) ותדר הניתוק (fc). הפקת עליית המתח משני אלה היא פשוטה מאוד באמצעות נוסחה זו =

אם נשים את הערך של f ו- fc נקבל את עליית המתח הרצויה על פני המסנן.

מעגל מסנן מגבר הפוך:

אנו יכולים גם לבנות את המסנן במבנה הפוך.

ניתן להשיג את שולי השלב באמצעות המשוואה הבאה.

מעבר שלב זהה לזה שנראה במסנן מעבר פסיבי גבוה. זה +45 מעלות בתדירות הניתוק של fc.

להלן יישום המעגלים של פילטר High Pass פעיל הפוך: -

זהו מסנן High Pass פעיל בתצורה הפוכה. מגבר ה- OP מחובר הפוך. בחלק הקודם הקלט היה מחובר על פני סיכת הקלט החיובית של המגבר והסיכה השלילית של המגבר משמש להכנת מעגלי המשוב. כאן המעגל הפוך. קלט חיובי המחובר עם הפניה קרקעית וקבל ונגד המשוב מחוברים על פני סיכת כניסה שלילית של מגבר. זה נקרא תצורת מגבר אופטי הפוך ואת אות הפלט יהיה הפוך מאשר אות הקלט.

הנגד R1 משמש כתפקיד של פילטר פסיבי וגם כנגד רווח שניהם בבת אחת.

אחדות רווח או מתח פעיל פעיל מסנן מעבר גבוה:

עד כה המעגלים המתוארים כאן משמשים למטרת רווח ומתח הגברה.

אנחנו יכולים לעשות את זה באמצעות מגבר רווח אחדות, כלומר משרעת הפלט או הרווח יהיו פי 1. Vin = Vout.

שלא לדבר על זה, זוהי גם תצורת מגבר אופ-מתאר המתארת ​​לעתים קרובות כתצורה של מתח מתח כאשר המגבר-על יוצר העתק מדויק של אות הקלט.

בואו נראה את תכנון המעגל וכיצד להגדיר את המגבר כמגביר מתח ולהפוך את רווח האחדות למסנן High Pass High פעיל: -

בתמונה זו הכל זהה למגבר רווח המשמש באיור הראשון. נגדי המשוב של המגבר הוסרו. במקום הנגד, סיכת הקלט השלילית של מגבר ה- OP מחוברת ישירות למגבר ה- OP. תצורת מגבר Op זה נקראת כתצורת עוקב מתח. הרווח הוא פי 1. זהו מסנן אקטיבי של רווח אחדות פעיל. זה יפיק העתק מדויק של אות הקלט.

דוגמה מעשית עם חישוב

אנו נעצב מעגלים של פילטר High Pass פעיל בתצורת מגבר אופטי שאינו הפוך.

מפרטים:-

1. הרווח יהיה כפול
2. קיצוץ התדר יהיה 2KHz

בואו נחשב את הערך קודם לפני ביצוע המעגלים: -

רווח מגבר (משרעת DC) (Af) = (1 + R3 / R2) (Af) = (1 + R3 / R2) Af = 2

R2 = 1k (עלינו לבחור ערך אחד; בחרנו 1k להפחתת מורכבות החישוב).

על ידי חיבור הערך שאנו מקבלים

(2) = (1 + R3 / 1)

חישבנו את ערך הנגד השלישי (R3) הוא 1k.

כעת עלינו לחשב את ערך הנגד על פי תדר הניתוק. כמסנן High Pass פעיל פעיל ומסנן High Pass Passive פועל באותה דרך הנוסחה לניתוק תדרים זהה לקודם.

בואו נבדוק את ערך הקבל אם תדר הניתוק הוא 2KHz, בחרנו את ערך הקבל הוא 0.01uF או 10nF.

fc = 1 / 2πRC

על ידי חיבור כל הערך אנו מקבלים:

2000 = 1 / 2π * 10 * 10 ^-9

על ידי פתרון משוואה זו אנו מקבלים את ערך הנגד 7.96 לערך.

הערך הקרוב ביותר נבחר של הנגד הזה 8k אוהם.

השלב הבא הוא חישוב רווח. הנוסחה של הרווח זהה לסנן פסיבי High pass. הנוסחה של רווח או גודל ב- dB היא כדלקמן: -

כיוון שהרווח של המגבר הוא 2x. אז ה- Af הוא 2.

fc מנותק תדר ולכן הערך של fc הוא 2Khz או 2000Hz.

עכשיו משנים את התדר (f) נקבל את הרווח.

תדר (ו)	עלייה במתח (Af) (Vout / Vin)	רווח (dB) 20log (Vout / Vin)
100	.10	-20.01
250	.25	-12.11
500	.49	-6.28
750	.70	-3.07
1,000	.89	-0.97
2,000	1.41	3.01
5,000	1.86	5.38
10,000	1.96	5.85
50,000	2	6.01
100,000	2	6.02

בטבלה זו מ- 100 הרץ הרווח גדל ברצף בקצב של 20dB / עשור אך לאחר שמגיעים לתדר הניתוק הרווח גדל אט אט ל -6.02 dB ונשאר קבוע.

דבר אחד להזכיר שהרווח של המגבר הוא 2x. מסיבה זו תדר הניתוק הוא: -3dB ל- 0dB (רווח 1x) ל- + 3dB (2x רווח)

עכשיו, כפי שכבר חישבנו את הערכים, זה הזמן לבנות את המעגל. בואו נוסיף את הכל ונבנה את המעגל: -

בנינו את המעגל על ​​סמך הערכים שחושבו קודם. אנו נספק תדר של 10 הרץ עד 100 קילוהרץ ו -10 נקודות בעשור בכניסה של פילטר ה- High Pass הפעיל ונבדוק עוד האם תדר הניתוק הוא 2000 הרץ או לא בפלט המגבר.

זוהי עקומת תגובת התדרים. הקו הירוק מייצג את התפוקה המוגברת של המסנן שהיא 2 רווחים. והקו האדום המייצג את תגובת המסנן על פני הקלט של המגבר.

קבענו את הסמן על 3dB התדיר לפינה ולקבל 2.0106 KHz או 2 קילוהרץ.

כפי שתואר לפני רווח המסנן הפסיבי -3dB אך כשרווח כפול של מעגלי מגבר אופ נוסף על פני פלט מסונן, נקודת הניתוק היא כעת 3dB כמו ש- 3dB הוסיף פעמיים.

מדורגים ומוסיפים עוד מסננים למגבר אחד

אפשר להוסיף עוד פילטרים על פני מגבר אחד כמו מסנן High Pass פעיל מסדר שני. במקרה כזה בדיוק כמו הפילטר הפסיבי, נוסף מסנן RC נוסף.

בואו נראה כיצד בנוי המעגל המסנן פעיל מעברים גבוה.

זהו המסנן מסדר שני. באיור אנו יכולים לראות בבירור את שני המסננים המתווספים יחד. זהו מסנן מעבר גבוה מהסדר השני.

כפי שאתה יכול לראות יש מגבר אחד. רווח המתח זהה לאמור בעבר באמצעות שני נגדים. מכיוון שנוסחת הרווח זהה רווח המתח הוא

Af = (1 + R2 / R1)

תדירות הניתוק היא: -

אנו יכולים להוסיף מסנן פעיל גבוה ממעלה גבוהה יותר. אבל יש כלל אחד.

אם אנו רוצים להכין מסנן מסדר שלישי נוכל לזרז פילטר מסדר ראשון ושני.

זהה כמו שני מסננים מסדר שני - צור מסנן מסדר רביעי וסכומים אלה מתווספים בכל פעם.

מסנן פעיל מעבר גבוה מדורג יכול להיעשות על ידי כדלקמן: -

ככל שמגבר ה- OP הוסיף יותר כך מתווסף רווח נוסף. ראה איור לעיל. המספרים הכתובים על המגבר מייצגים את שלב ההזמנה. כמו 1 = שלב מסדר ראשון, 2 = שלב מסדר שני. בכל פעם שמתווסף השלב, גודל הרווח מתווסף גם על ידי 20dB / עשור לכל שלב נוסף. כמו בשלב הראשון זה 20dB / עשור, שלב 2 הוא 20dB + 20dB = 40dB לעשור וכו '. כל מסנן זוגי מורכב מסננים מסדר שני, כל מספר אי זוגי מורכב מסדר ראשון ומסדר שני, מסנן מסדר ראשון על הראשון עמדה. אין מגבלות לכמה פילטרים ניתן להוסיף, אך הדיוק של המסנן פוחת כאשר מתווספים מסננים נוספים לאחר מכן. אם ערך המסנן RC כלומר הנגד והקבלים זהים לכל מסנן, אז גם תדר הניתוק יהיה זהה, הרווח הכולל יישאר שווה כיוון שרכיבי התדר המשמשים זהים.

יישומים

ניתן להשתמש בפילטר High Pass High פעיל במספר מקומות בהם לא ניתן להשתמש בפילטר High Pass Passive בגלל המגבלה לגבי הליך הגברה או הגברה. מלבד זאת ניתן להשתמש במסנן High Pass פעיל במקומות הבאים: -

מסנן מעבר גבוה נעשה שימוש נרחב במעגל אלקטרוניקה.

להלן מספר יישומים: -

1. השוואת טרבל לפני הגברת כוח
2. פילטרים הקשורים לתדירות גבוהה.
3. אוסצילוסקופ ומחולל פונקציות.
4. לפני רמקול חזק להסרה או להפחתת רעש בתדר נמוך.
5. שינוי צורת התדר בגל שונה מ-.
6. פילטרים להגברת הטרבל.