하이 패스 필터 란 무엇입니까? 작동 및 응용

필터는 특정 주파수 성분을 허용하고 입력 신호의 원치 않는 주파수 성분을 감쇠시키는 전자 회로입니다. 이들은 신호의 특정 주파수 범위를 허용하기 위해 다양한 전자 애플리케이션에서 발견됩니다. 기본적으로 필터는 설계 및 운영에 사용되는 구성 요소의 유형에 따라 두 가지 유형으로 나뉩니다. 패시브 필터와 액티브 필터가 있습니다. 주파수 범위에 따라 필터는 4가지 유형으로 분류됩니다. 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 대역 통과 필터 및 대역 정지 필터입니다. 이 문서에서는 능동 필터와 수동 필터 모두로 사용할 수 있는 고역 통과 필터에 대해 설명합니다.고역 통과 필터란 무엇입니까?필터는 신호의 고주파수 성분을 허용하고 신호의 모든 저주파 성분을 감쇠하는 기능이 있습니다. 신호는 하이 패스 필터로 알려져 있습니다. 차단 주파수보다 더 큰 고주파 성분을 허용하고 신호의 다른 모든 원치 않는 주파수 성분을 거부할 수 있습니다. 이러한 유형의 필터는 다양한 RF 회로 및 신호 처리 시스템에서 볼 수 있습니다. 실제로 이 필터는 차단 주파수보다 낮은 신호의 더 낮은 주파수를 허용합니다. 고역 통과 필터 회로이 회로는 아래 그림과 같이 구성 요소 저항과 커패시터가 상호 교환된다는 점을 제외하고는 저역 통과 필터 회로와 동일합니다.고역 통과 필터 회로두 개의 수동 소자 저항과 커패시터는 신호의 차단 주파수보다 높은 주파수를 허용하기 위해 직렬 조합으로 연결됩니다. 신호의 출력 전압은 커패시터 양단에 입력 전압을 적용하여 저항 양단에서 얻습니다. 이 유형의 필터는 40차 고역 통과 필터 회로에 속합니다. XNUMX차 HPF는 직렬로 연결된 두 개의 RC 고역 통과 필터 회로에 지나지 않습니다. XNUMX차 HPF에서 통과대역 이득의 증가는 +XNUMXdB/decade의 비율이 될 것입니다. 수동 RC HPC수동 RC 고역 통과 필터 회로는 저항과 커패시터(수동 RC HPF)와 같은 두 가지 조합으로 설계할 수 있습니다. 애플리케이션을 기반으로 하는 저항 및 인덕터(수동 RL HPF). 수동 RC HPF는 오디오 또는 저주파 범위의 애플리케이션에 사용됩니다. 수동 RL HPF 회로는 RF 또는 고주파수 범위의 애플리케이션에 사용됩니다. 고역 통과 필터 회로는 저항기 및 커패시터와 같은 수동 소자를 사용하기 때문에 수동 RC 고역 통과 필터라고도 합니다. 주요 장점은 외부 전원 공급 장치 또는 증폭 구성 요소를 적용할 필요가 없다는 것입니다. 수동 RC HPF는 위 그림과 같이 간단한 RC HPF 회로입니다. 커패시터와 저항은 출력 전압이 저항에 걸쳐 발생하는 직렬로 연결됩니다. 커패시터의 리액턴스로 인해 필터는 차단 주파수보다 큰 신호의 고주파수만 허용하고 차단 주파수 미만의 신호는 더 낮은 주파수를 차단합니다. 특성이러한 고역 통과 필터 특성은 출력 신호의 주파수 응답 및 위상 편이로 설명됩니다. 이상적인 특성 HPF의 주요 특성은 차단 주파수보다 큰 모든 고주파 성분을 허용하고 모든 저주파를 감쇠한다는 것입니다. 차단 주파수보다 낮은 신호. HPF의 이상적인 특성은 다음과 같습니다. 통과 대역을 HPF라고 하며 차단 주파수보다 더 높은 주파수를 허용합니다. 이 필터는 저지대역이라고 하는 저주파를 감쇠합니다.하이 패스 필터의 이상적인 특성Frequency Response출력 신호의 주파수는 게인에 정비례합니다. 주파수가 증가하면 이득이 증가합니다. RC 고역 통과 필터의 주파수 응답은 커패시터의 리액턴스에 따라 다릅니다. 커패시터는 신호의 낮은 주파수, 즉 차단 주파수 아래를 감쇠하는 데 필요한 양의 리액턴스 또는 높은 리액턴스를 생성합니다. 커패시터의 낮은 리액턴스에서 RC 고역 통과 필터는 신호의 고주파수 성분, 즉 차단 주파수보다 큰 성분을 허용합니다. 그러나 실제로 RC 고역 통과 필터는 차단 주파수 아래의 저주파를 허용합니다. RC 고역 통과 필터의 이득은 고주파에서 리액턴스가 낮거나 1일 때 2이 됩니다. 즉, 출력 전압은 주어진 입력 전압과 동일합니다. 고주파수를 허용하고 저주파수를 거부하기 위해 용량성 리액턴스는 주파수가 증가함에 따라 감소하여 출력 전압과 이득이 증가합니다. 용량성 리액턴스는 Xc = XNUMX/XNUMXπfc여기서 'fc' = 차단 주파수(Hz'Xc'= 용량성 리액턴스) RC 고역 통과 필터의 주파수 응답 및 위상 편이 특성을 보여줍니다.RC HPF 특성 그림에서 주파수가 차단 주파수이고 R=Xc일 때 저주파가 차단/차단되고 출력 전압이 +20dB/decade 증가함을 알 수 있습니다. RC 고역 통과 필터는 출력 전압이 입력 전압의 0.7071 또는 70.71%인 경우, 즉 -3dB 입력 및 출력 레벨(20 log Vout/Vin을 계산하여)일 때 고주파수(차단 주파수에서 무한대까지)를 허용합니다. 즉, HPF의 주파수 응답은 고주파 신호가 차단 주파수에서 무한대까지 허용된다는 것입니다. 차단 주파수에서 입력 신호와 출력 신호의 위상 편이는 동일합니다. 즉, 45°입니다. 신호의 주파수가 차단 주파수보다 클 때 위상 각은 1입니다. 이는 출력 신호가 고주파수에서 입력 신호에 대해 동상임을 의미합니다. 커패시터의 충전 및 방전에 걸리는 시간은 'τ'로 표시되는 시간 상수의 형태로 표현됩니다. RC 고역 통과 필터의 시간 상수는 다음과 같습니다.τ = RC = 2/1πfcω = 1/τ = 1/RCRC HPF의 차단 주파수는 다음과 같이 주어집니다.fc= 2/1πRCRC HPF의 위상 편이는 다음과 같습니다. Φ=tan-1(2/XNUMXπfRC)로 지정 연산증폭기를 이용한 필터 연산증폭기를 이용한 고역통과필터는 제한된 수를 사용하기 때문에 설계 및 구현이 매우 쉽습니다. 전자 부품의 소음과 험을 제거합니다. 연산 증폭기를 사용한 고역 통과 필터의 회로도는 아래와 같습니다. 수동 RC HPF는 증폭 및 전압 이득 제어를 위해 비반전 연산 증폭기에 연결됩니다.Op-Amp를 사용한 High Pass Filter출력은 Op-Amp의 개방 루프 특성에 의해 제한됩니다. RC HPF의 출력은 출력 신호의 전압 이득의 증폭 및 제어를 위해 연산 증폭기에 적용됩니다. 연산 증폭기를 사용하는 고역 통과 필터의 전압 이득은 Aᵥ= Vout/Vin=Af(f /fc)/√(1+(f/fc)2) 여기서 Av= 전압 이득(dB)= 1+R2/R1Af = 통과대역 이득fc= 차단 주파수(Hzf) = 작동 주파수(Hz)일 때 f < fc(저주파수) , Vout/Vin < AfIf f = fc(컷오프 주파수에서), Vout/Vin=Af/2 ^½ = 0.7071Aff > fc(고주파), Vout/Vin = Af 폐루프 대역폭 연산 증폭기는 일정한 통과대역 이득 Af를 갖는 HPF의 가장 높은 주파수를 결정합니다. 전압 이득의 크기는 Av(dB) = 20log(Vout/Vin)-3dB = 20log(0.707Vout/Vin)로 지정됩니다. ) 능동형 고역 통과 필터 RC 고역 통과 필터가 연산 증폭기와 같은 능동 소자에 연결되어 고주파수는 허용하고 저주파수는 차단하는 경우 이를 능동 HPF라고 합니다. 활성 HPF의 주파수 응답 및 위상 편이는 RC HPF와 동일합니다. 능동 고역 통과 필터의 목적은 전압 이득을 제어하고 출력 신호를 증폭하는 것입니다. 증폭용 능동 고역 통과 필터의 회로도는 아래와 같습니다.증폭용 능동형 HPF RC HPF 회로는 비반전 연산 증폭기에 연결됩니다. 수동 고역 통과 필터의 출력과 차단 주파수는 연산 증폭기에 의해 제어됩니다. 여기서 연산 증폭기의 대역폭과 이득 특성은 차단 주파수를 결정합니다. 이 유형의 필터는 대역 통과 필터 역할을 합니다. 연산 증폭기는 출력 신호의 진폭을 증가시키고 통과 대역의 출력 전압 이득은 1+R2/R1로 주어지며 이는 저역 통과 필터와 동일합니다. 전달 기능고역 통과 필터 전달 함수를 유도하려면 위와 같이 수동 RC HPF 회로를 고려하십시오. 위의 회로에서 Vo = 저항 양단의 출력 전압 Vi = 커패시터 양단에 인가된 입력 전압입력 및 출력 측 모두에서 라플라스 변환을 취함으로써 H(s)=Vₒ(s)/ Vᵢ(s)H(s)=R/(R+(1/sC))위의 방정식은,H(s)=sCR/(1+sCR)위의 방정식에 s=jw를 대입하면 H(jω)=jωCR이 됩니다. /(1+jωCR) 그러면 방정식은 다음과 같이 됩니다.HPF 전달 함수의 크기는 다음과 같이 표시됩니다.|H(jω)|=ωCR/√(1+(ωCR)^2 ) ω = 0이면 HPF 전달 함수 = 0If ω = 1/CR이면 HPF 전달 함수 = 0.707ω = 무한대이면 HPF 전달 함수 = 1이므로 위의 전달 함수 특성은 수동 RC 고역 통과 필터가 차단 주파수에서 i까지 고주파수를 허용할 수 있음을 보여줍니다. 무한대. 즉, ω가 0에서 무한대로 변하면 1에서 0로 변합니다. 버터워스 HPF 버터워스 고역 통과 필터는 통과대역에서 평탄한 주파수 응답을 제공하는 HPF 유형 중 하나입니다. 평탄한 주파수 응답으로 인해 잔물결이 없습니다. 통과 대역의 폐쇄 루프 이득이 XNUMX인 다양한 응용 분야에서 사용되는 플랫 플랫 필터라고도 합니다. XNUMX차 버터워스 고역 통과 필터의 회로도와 주파수 응답은 아래와 같습니다. 이것들은 매우 쉽고 디자인하기 쉽습니다.Butterworth HPF 이득은 20차 Butterworth HPF의 경우 +40dB/decade의 비율로 증가하는 반면, XNUMX차 Butterworth HPF의 경우 +XNUMXdB/decade가 됩니다.Butterworth HPF 특성응용 프로그램고역 통과 필터의 응용은 신호 증폭용 스피커이미지 처리DC 전류 증폭 및 AC 커플링에 사용제어 시스템 및 오디오 처리 시스템.전화기의 DSL 스플리터RF 애플리케이션따라서 이것은 고역 통과 필터(능동 및 수동 유형 모두)에 대한 개요 - 정의, 회로, Butterworth HPF, Op-amp를 사용한 HPF 및 그 응용. "하이 패스 필터의 장점과 단점은 무엇입니까?"라는 질문입니다.

메시지를 남겨주세요 

메시지 목록