이전에 패시브 로우 패스 필터에 대해 논의했지만 이제 패시브 하이 패스 필터에 대한 통찰력을 살펴볼 때입니다.
이전과 마찬가지로 이름을 보면 "Passive", "High", "Pass"및 "Filter"가 표시됩니다. 이름에서 알 수 있듯이 그래서 그것은하는 필터 인 낮은 주파수를 차단 하지만, 고주파 통과 식에 의해 계산 될 소정 값 이상.
그것은 인 "수동" 외부 전원, 입력 신호의 증폭 없음을 의미; 외부 전원을 필요로하지 않는 패시브 컴포넌트를 사용하여 회로를 만들 것입니다. 수동 구성 요소는 저역 통과 필터와 동일하지만 연결 순서는 정확히 반대입니다. 수동 부품은 저항 (R)과
커패시터 (C)입니다. 다시 RC 필터 구성입니다.
회로를 구성하고 응답 또는“Bode Plot”을 확인하면 어떻게되는지 살펴 보겠습니다.
이 이미지의 회로는 다음과 같습니다.
이것은 RC 필터입니다. 일반적으로 입력 신호는 비극성 커패시터와 저항 의 직렬 조합 에 적용됩니다. 회로에 커패시터 인 반응 부품이 하나만 있기 때문에 1 차 필터입니다. 필터링 된 출력은 저항을 통해 사용할 수 있습니다. 이 듀오의 조합은 저역 통과 필터와 정반대입니다. 회로를 저역 통과 필터와 비교하면 저항과 커패시터의 위치가 바뀌는 것을 알 수 있습니다.
하이 패스 필터는 어떻게 작동합니까?
저주파에서 커패시터의 리액턴스는 개방 회로처럼 작동하고 차단 주파수 지점 (fc) 아래의 입력 신호를 차단할 정도로 매우 커집니다. 그러나 차단 주파수 지점에 도달하면 커패시터의 리액턴스가 감소하기 시작하여 신호가 직접 전달됩니다. 주파수 응답 곡선에서 자세히 살펴 보겠습니다.
다음은 커패시터의 출력에서 어떻게 보이는지 곡선입니다.
주파수 응답 및 차단 주파수
이것이 1 차 고역 통과 필터 회로 의 주파수 응답 곡선입니다.
f c 필터의 차단 주파수입니다. 에서 -3dB 점 신호는 통과시킨다. 이 -3dB 는 차단 주파수를 나타냅니다. 10Hz에서 차단 주파수까지 신호는 저주파이므로 통과가 허용되지 않습니다. -3dB 부분은 신호가 통과 할 수있는 통과 대역 위치라고합니다. 곡선의 기울기는 10 년당 + 20dB입니다. 저역 통과 필터와 정반대입니다.
게인 계산 공식은 패시브 로우 패스 필터의 이전 튜토리얼에서 사용한 것과 동일합니다.
이득 (dB) = 20 log (Vout / Vin)
차단 신호 후 회로의 응답은 0 에서 Vin까지 점차적으로 증가 하며이 증가는 + 20dB / Decade 의 속도로 발생합니다. 옥타브 당 증가 를 계산하면 6dB가됩니다.
이 주파수 응답 곡선 은 고역 통과 필터 의 보드 플롯 입니다. 적절한 커패시터와 적절한 저항을 선택하여 저주파를 중지하고 활성 응답이 없으므로 신호에 영향을주지 않고 필터 회로를 통과하는 신호를 제한 할 수 있습니다.
위 이미지에는 Bandwidth 라는 단어가 있습니다. 신호가 통과 할 수있는 주파수를 나타냅니다. 따라서 600Khz 고역 통과 필터 인 경우 대역폭은 600Khz에서 Infinity까지 입니다. 차단 주파수 이상의 모든 신호를 전달할 수 있기 때문입니다.
차단 주파수에서 우리는 -3dB 이득을 얻을 것입니다. 이 시점에서 출력 신호 진폭을 입력 신호와 비교하면 출력 신호 진폭이 입력 신호의 70.7 %라는 것을 알 수 있습니다. 또한 -3dB 이득에서 용량 성 리액턴스와 저항은 동일합니다. R = Xc.
차단 주파수의 공식은 무엇입니까?
차단 주파수의 공식은 로우 패스 필터와 정확히 동일합니다.
f c = 1 / 2πRC
따라서 R은 저항이고 C는 커패시턴스입니다. 값을 입력하면 차단 주파수를 알 수 있습니다.
출력 전압 계산
첫 번째 이미지, 저항 1 개와 커패시터 1 개가 하이 패스 필터 또는 RC 회로를 형성하는 데 사용되는 회로를 보겠습니다.
DC 신호가 회로에 적용될 때 전류가 흐를 때 강하를 생성하는 회로의 저항입니다. 그러나 AC 신호의 경우 저항이 아니라 임피던스가 전압 강하를 담당하며 옴으로 측정됩니다.
RC 회로에는 두 가지 저항성이 있습니다. 하나는 저항이고 다른 하나는 커패시터의 용량 성 리액턴스입니다. 따라서 회로의 임피던스를 계산하는 데 필요하므로 먼저 커패시터의 용량 성 리액턴스를 측정해야합니다.
첫 번째 저항 반대는 용량 성 리액턴스 이며 공식은 다음과 같습니다.
Xc = 1 / 2πfC
공식의 출력은 저항을 의미하기 때문에 옴이 용량 성 리액턴스의 단위이므로 옴 단위입니다.
두 번째 반대는 저항 자체 입니다. 저항의 값도 저항입니다.
따라서이 두 대립을 결합하면 RC (AC 신호 입력) 회로의 임피던스 인 총 저항을 얻을 수 있습니다.
임피던스는 Z로 표시
공식은 다음과 같습니다.
저주파에서 앞서 논의했듯이 커패시터의 리액턴스가 너무 높아 개방 회로로 작동 할 수 없으며 커패시터의 리액턴스는 저주파에서 무한대 이므로 신호를 차단합니다. 이때 출력 이득은 0 이고 차단으로 인해 출력 전압은 차단 주파수에 도달 할 때까지 0으로 유지 됩니다.
그러나 고주파에서 반대 의 경우 커패시터의 리액턴스가 너무 낮아 단락으로 작용 하고 커패시터 의 리액턴스는 고주파에서 0 이므로 신호를 전달합니다. 이때 출력 이득은 1, 즉 Unity 이득 상황이며 단일 이득으로 인해 출력 전압은 컷오프 주파수에 도달 한 후 입력 전압과 동일합니다.
계산 예제
우리는 이미 회로 내부에서 실제로 일어나는 일과 가치를 찾는 방법을 알고 있습니다. 실용적인 가치를 선택합시다.
저항과 커패시터에서 가장 일반적인 값인 330k 및 100pF를 선택해 보겠습니다. 널리 사용 가능하고 계산하기가 더 쉬운 값을 선택했습니다.
차단 주파수가 무엇이고 출력 전압이 무엇인지 살펴 보겠습니다.
차단 주파수는 다음과 같습니다.
이 방정식을 풀면 차단 주파수는 4825Hz 또는 4.825Khz 입니다.
그것이 사실인지 아닌지 보자…
이것은 예제의 회로입니다.
컷오프 주파수에서 앞서 설명한 주파수 응답으로 dB는 주파수
에 관계없이 -3dB 가됩니다. 출력 신호에서 -3dB 를 검색 하여 4825Hz (4.825Khz) 인지 확인합니다.
다음은 주파수 응답입니다.
커서를 -3dB로 설정하고 결과를 확인하겠습니다.
주파수 응답 (Bode Plot 이라고도 함)을 볼 수 있듯이 커서를 -3.03dB로 설정하고 4.814KHz 대역폭 주파수를 얻 습니다.
위상 변화
위상 각은 출력에서 φ (Phi)가 +45 임을 나타냅니다.
이것은 실제 예제로 사용되는 회로의 위상 편이입니다.
차단 주파수에서 위상 편이 값을 알아 봅시다.
커서를 +45로 설정했습니다.
이것은 2 차 고역 통과 필터입니다. CAPACITOR 및 RESISTOR는 1 차이고 CAPACITOR1 및 RESISTOR1은 2 차입니다. 함께 계단식으로 2 차 고역 통과 필터를 형성합니다.
2 차 필터는 2 x + 20dB / decade 또는 + 40dB (12dB / octave) 의 기울기 역할을 합니다.
다음은 응답 곡선입니다.
기울기는 + 20dB / Decade 이고, 기울기는 + 40dB / Decade 인 최종 출력에서 빨간색 입니다.
이것은 2 차 고역 통과 회로의 차단 주파수를 계산합니다.
저역 통과 필터와 마찬가지로 각 필터 차수의 동적 임피던스가 동일한 회로의 다른 네트워크에 영향을 미치므로 두 개의 수동 고역 통과 필터를 캐스케이드하는 것은 좋지 않습니다.
응용
저역 통과 필터는 전자 제품에서 널리 사용되는 회로입니다.
다음은 몇 가지 응용 프로그램입니다.
- 오디오 수신기 및 이퀄라이저
- 음악 제어 시스템 및 고음 주파수 변조.
- 함수 생성기
- 음극선 텔레비전 및 오실로스코프.
- 삼각파에서 구형파 생성기.
- 펄스 발생기.
- 스텝 생성기로 램프.