פילטר פסיבי גבוה לעבור

בעבר דנו במסנן פסיבי נמוך לעבור, עכשיו זה הזמן לראות תובנות של מסנן פס גבוה.

אותו דבר כמו בעבר, אם אתה מסתכל על השם הוא מראה "פסיבי", "גבוה", "עובר" ו"סנן ". לכן, כפי שהשם מרמז, זהו פילטר שיחסום תדרים נמוכים, אך יעביר את התדר הגבוה מעל הערך הקבוע מראש, שיחושב על ידי הנוסחה.

זה "פסיבי" שפירושו אין כוח חיצוני, אין הגברה של אות הקלט; אנו נעשה את המעגל באמצעות רכיבים "פסיביים" אשר אינם דורשים שום מקור כוח חיצוני. הרכיבים הפסיביים זהים למסנן Low pass אך סדר החיבור יתהפך בדיוק. הרכיבים הפסיביים הם נגד (R)

וקבל (C). שוב זו תצורת מסנן RC.

בואו נראה מה יקרה אם נבנה את המעגל ונבדוק את התגובה או את "עלילת Bode"…

הנה המעגל בתמונה זו:

זהו מסנן RC. באופן כללי אות קלט מוחלת זה שילוב סדרה של מקוטב הלא קבלים הנגד. זהו מסנן מסדר ראשון מכיוון שיש רק רכיב תגובתי אחד במעגלים שהוא קבלים. הפלט המסונן יהיה זמין על פני הנגד. השילוב של הצמד הזה מנוגד בדיוק למסנן המעבר הנמוך. אם נשווה את המעגל עם פילטר המעבר הנמוך נראה כי מיקום הנגד והקבלים מתחלפים.

כיצד עובד מסנן High Pass?

בתדרים נמוכים תגובת הקבל תהיה גדולה מאוד שהיא תפעל כמו מעגל פתוח ותחסום את אות הכניסה מתחת לנקודת התדר המנותקת (fc). אך כאשר נקודת התדר המנותקת הגיעה תגובת הקבל תתחיל להפחית ותאפשר לעבור לאות ישירות. נראה זאת בפירוט בעקומת תגובת התדרים.

הנה העקומה איך זה נראה זהה לפלט הקבל: -

תגובת תדרים ותדירות ניתוק

זוהי עקומת תגובת התדרים של אותו מעגל מסנן High Pass מסדר ראשון.

f c האם תדירות הניתוק של המסנן. בנקודת -3dB האות מותר לעבור. -3dB זה מציין גם את תדירות הניתוק. מ -10 הרץ לתדר הניתוק אסור לעבור לאות מכיוון שהתדר הוא תדר נמוך, בשלב זה זהו חלק רצועת העצירה בו האות אינו מורשה לעבור מהמסנן אלא מעל תדר הניתוק לאחר החלק -3dB נקרא כמיקום פס מעבר בו מותר לעבור לאות. שיפוע העקומה הוא + 20dB לעשור. בדיוק ההפך ממסנן ה- Low Pass.

הנוסחה של חישוב רווח זהה לזו שהשתמשנו בהדרכה הקודמת שלנו במסנן פסיבי נמוך לעבור.

רווח (dB) = 20 יומן (Vout / Vin)

לאחר אות הניתוק תגובת המעגל עולה בהדרגה ל- Vin מ- 0 ותוספת זו מתרחשת בקצב של + 20dB / עשור. אם נחשב את העלייה לאוקטבה זה יהיה 6dB.

עקומת תגובת תדרים זו היא מגרש ה- Bode של מסנן High Pass. על ידי בחירת קבלים מתאימים ונגד מתאים נוכל לעצור תדרים נמוכים, להגביל את האות העובר במעגלי הפילטר מבלי להשפיע על האות מכיוון שאין תגובה אקטיבית.

בתמונה שלעיל יש מילה רוחב פס. זה מסמל אחרי איזה תדר האות יאפשר לעבור. לכן, אם מדובר במסנן מעבר גבוה של 600 קילו-הרץ, רוחב הפס יהיה בין 600 קילו-הרץ לאינסוף. מכיוון שהוא יאפשר להעביר את כל האותות מעל תדר הניתוק.

בתדר הניתוק נקבל רווח של -3dB. באותה נקודה אם נשווה את משרעת אות הפלט עם אות הקלט, נראה כי משרעת אות הפלט תהיה 70.7% מאות קלט. גם ברווח של -3dB התגובה הקיבולית וההתנגדות יהיו שווים. R = Xc.

מה הנוסחה של תדירות הניתוק?

הנוסחה של תדר ה- Cut-off זהה לזה כמו מסנן Low Pass.

f c = 1 / 2πRC

אז, R הוא התנגדות ו- C הוא קיבול. אם נשים את הערך נדע את תדירות הניתוק.

חישוב מתח יציאה

בואו נראה את התמונה הראשונה, המעגלים שבהם נעשה שימוש נגד אחד וקבל אחד ליצירת מסנן High Pass או מעגל RC.

כאשר אות DC מוחל על פני המעגל זו ההתנגדות של המעגל שיוצרת ירידה כאשר הזרם זורם. אבל במקרה של אות AC זה לא התנגדות אבל עכבה אחראית לירידת מתח, שנמדדת גם באום.

במעגל RC יש שני דברים התנגדותיים. האחד הוא התנגדות והשני הוא התגובה הקיבולית של הקבל. לכן עלינו למדוד תחילה את התגובה הקיבולית של הקבל מכיוון שהיא נדרשת לחישוב העכבה של המעגל.

התנגדות התנגדות ראשונה היא תגובת קיבולית, הנוסחה היא: -

Xc = 1 / 2πfC

תפוקת הנוסחה תהיה באום, שכן אוהם היא יחידת התגובה הקיבולית מכיוון שהיא התנגדות פירושה התנגדות.

האופוזיציה השנייה היא הנגד עצמו. ערך הנגד הוא גם התנגדות.

לכן, בשילוב שתי התנגדות אלו נקבל את ההתנגדות הכוללת, שהיא עכבה במעגל RC (קלט אות AC).

עכבה מסומנת כ- Z

הנוסחה היא: -

כפי שנדון קודם בתדר הנמוך, התגובה של הקבל גבוהה מדי מכדי שהוא משמש כמעגל פתוח, התגובה של הקבל היא אינפיניטי בתדר נמוך ולכן היא חוסמת את האות. רווח המוצא הוא 0 באותה עת, ובשל החסימה מתח המוצא נשאר 0 עד שמגיעים לתדר הניתוק.

אבל בתדירות גבוהה ההפך יקרה תגובת הקבל נמוכה מדי מכדי שהוא משמש כקצר, התגובה של הקבל היא 0 בתדר גבוה ולכן היא עוברת את האות. רווח המוצא הוא 1 באותה תקופה, כלומר מצב רווח אחדות ועקב רווח אחדות מתח המוצא זהה למתח הכניסה לאחר שמגיעים לתדר הניתוק.

דוגמה עם חישוב

כפי שאנו כבר יודעים מה קורה בפועל במעגל וכיצד לברר את הערך. בואו נבחר בערכים מעשיים.

בואו ניקח את הערך הנפוץ ביותר בנגד ובקבלים, 330k ו- 100pF. בחרנו את הערך מכיוון שהוא זמין באופן נרחב וקל יותר לחישוב.

בואו נראה מה יהיה תדר הניתוק ומה יהיה מתח היציאה.

התדירות המנותקת תהיה: -

על ידי פתרון משוואה זו תדר הניתוק הוא 4825Hz או 4.825Khz.

בואו נראה אם זה נכון או לא…

זה המעגל של הדוגמה.

כתגובת התדר שתוארה קודם לכן בתדר הניתוק ה- dB יהיה

-3dB, ללא קשר לתדרים. אנו נחפש -3dB באות הפלט ונראה האם הוא 4825Hz (4.825Khz) או לא.

הנה תגובת התדרים: -

בואו נגדיר את הסמן על -3dB ונראה את התוצאה.

ככל שאנו יכולים לראות את תגובת התדר (נקראה גם בשם עקום בודה) קבענו את הסמן על -3.03dB ולקבל תדר רוחב פס 4.814KHz.

מעבר משלב

זווית שלב מסמנת כ- φ (Phi) יהיה בפלט הוא +45

זוהי העברת הפאזות של המעגל, המשמשת כדוגמה מעשית.

בואו נגלה את ערך הסטת הפאזה בתדירות הניתוק: -

קבענו את הסמן על +45

זהו מסנן High Pass של מסדר שני. CAPACITOR ו- RESISTOR הוא הצו הראשון ו- CAPACITOR1 ו- RESISTOR1 הוא הסדר השני. מפלסים יחד הם יוצרים מסנן High Pass של מסדר שני.

למסנן מסדר שני תפקיד שיפוע של 2 x + 20dB / עשור או + 40dB (12dB / אוקטבה).

הנה עקומת התגובה: -

השיפוע הוא + 20dB / עשור והאדום בפלט הסופי עם שיפוע של + 40dB / עשור.

זה יחשב את תדירות הניתוק של מעגל המעבר הגבוה מסדר שני.

בדיוק כמו כמו מסנן Low Pass, לא כל כך טוב לזרז שני פילטרים High Pass פסיביים, שכן עכבה דינמית של כל סדר מסנן משפיעה על רשת אחרת באותה מעגל.

יישומים

מסנן נמוך לעבור נמצא בשימוש נרחב במוצרי אלקטרוניקה.

להלן מספר יישומים: -

מקלט שמע ואקולייזר
מערכת בקרת מוסיקה ואפנון תדרים טרבל.
מחולל פונקציות
טלוויזיה וקתודה ריי אוסצילוסקופ.
מחולל גל מרובע מגל משולש.
מחוללי דופק.
מחולל לרמפות שלב.