Активни високопропусни филтер

Раније смо описали пасивни високопропусни филтер и активни нископропусни филтер, сада је време за активни високопропусни филтер. Истражимо шта је активни високопропусни филтер.

Шта је то, круг, формуле, крива?

Као и пасивни нископропусни филтер, пасивни високопропусни филтер ради са пасивним компонентама, отпорником и кондензатором. У претходном водичу сазнали смо о пасивном високопропусном филтру који ради без спољних прекида или активног одговора.

Ако додамо појачало преко пасивног високопропусног филтера, лако можемо створити активни високопропусни филтер. Променом конфигурације појачала такође можемо формирати различите типове високопропусних филтера, инвертованих или неинвертованих или активних високопропусних филтера са јединицом појачања.

Ради једноставности, ефикасности времена и такође растућих технологија у дизајну оп-амп-а, обично се оп-амп користи за дизајн активних филтера.

У пасивном високопропусном филтру, фреквенцијски одзив је бесконачан. Али у практичном сценарију то у великој мери зависи од компонената и других фактора, овде је у случају активног високопропусног филтра опсег опсега опсега главно ограничење активног високопропусног филтера. То значи да ће максимална фреквенција проћи у зависности од појачања појачала и карактеристике отворене петље оп-појачала.

Истражимо неколико уобичајених појачавача напона једносмерне струје отворене петље.

Оп-амп	Пропусни опсег (дБ)	Максимална фреквенција
ЛМ258	100	1МХз
уА741	100	1МХз
РЦ4558Д	35	3МХз
ТЛ082	110	3МХз
ЛМ324Н	100	1МХз

Ово је мала листа о генеричком оп-појачалу и појачању напона. Такође, појачање напона у великој мери зависи од фреквенције сигнала и улазног напона оп-појачала и од тога колико се појачања примењује у том оп-појачалу.

Истражимо даље и схватимо шта је посебно у томе: -

Ево једноставног дизајна високопропусних филтера: -

Ово је слика активног високопропусног филтера. Овде линија кршења показује нам традиционални пасивни високопропусни РЦ филтер који смо видели у претходном упутству.

Прекините појачање фреквенције и напона:

Формула граничне фреквенције је иста као и у пасивном високопропусном филтру.

фц = 1 / 2πРЦ

Као што је описано у претходном упутству, фц је гранична фреквенција, Р је вредност отпорника, а Ц вредност кондензатора.

Два отпорника повезана у позитивни чвор оп-појачала су повратни отпорници. Када су ови отпорници повезани у позитивни чвор оп-појачала, то се назива неинвертујућа конфигурација. Ови отпорници су одговорни за појачање или појачање.

Такође можемо лако израчунати појачање појачала користећи следеће једначине где можемо одабрати еквивалентну вредност отпорника према појачању или може бити обрнуто: -

Појачање појачала (ДЦ амплитуда) (Аф) = (1 + Р3 / Р2)

Крива фреквенцијског одзива:

Погледајмо шта ће бити излаз активног високопропусног филтера или Боде-ове црте / криве фреквенцијског одзива: -

Ово је крива појачања оп-ампера и филтера повезаних преко појачала.

Ова зелена кривуља приказује појачани излаз сигнала, а црвена приказује појачани излаз преко пасивног високопропусног филтра.

Ако тачније видимо кривуљу, пронаћи ћемо доње тачке унутар ове боде парцеле: -

Црвена крива се повећава на 20дБ / деценију, а у граничном подручју магнитуда је -3дБ што је маргина фазе од 45 степени.

Као што је претходно речено, максимални фреквенцијски одзив оп-појачала је у великој мери повезан са његовим појачањем или ширином појаса (као што се назива добитак Ав у отвореној петљи).

На листи која је дата пре него што смо видели типично уобичајено појачало попут уА741, ЛМ324Н имају максимално појачање отворене петље од 100 дБ, што ће се смањити брзином одмотавања од -20 дБ по Декади ако се повећа улазна фреквенција. Максимална улазна фреквенција коју подржава ЛМ324Н, уА741 је 1 МХз, што је ширина појаса или фреквенција појачања јединице. На овој фреквенцији ће одговарајуће опцијско појачало произвести појачање од 0дБ или појачање јединице смањујући се за 20дБ / деценију.

Дакле, није бесконачно, након 1 МХз појачање ће се смањивати брзином од -20дБ / деценију. Ширина појаса активног високопропусног филтера у великој мери зависи од ширине опсега оптичког појачала.

Добитак магнитуде можемо израчунати претварањем појачања напона оп-појачала.

Израчун је следећи: -

дБ = 20лог (Аф) Аф = Вин / Воут

Ово Аф може бити добитак једносмерне струје који смо претходно описали израчунавањем вредности отпорника или дељењем Воут-а са Вин-ом.

Такође можемо добити напонско појачање из фреквенције примењене на филтер (ф) и граничне фреквенције (фц). Извођење напона из ове две врло је једноставно користећи ову формулу =

Ако ставимо вредност ф и фц, добићемо жељени напон на филтру.

Инвертујући круг филтера појачала:

Такође можемо конструисати филтер у обрнутој формацији.

Граница фазе се може добити следећом једначином.

Фазни помак је исти као код пасивног високопропусног филтра. На граничној фреквенцији фц је +45 степени.

Ево примене склопа обрнутог активног високопропусног филтера: -

То је активни високопропусни филтер у обрнутој конфигурацији. Оптичко појачало је повезано обрнуто. У претходном одељку улаз је повезан преко позитивног улазног пина оп-амп-а, а негативни пин оп-амп-а користи се за израду повратних кругова. Овде је склоп обрнут. Позитиван улаз повезан са референтном масом и кондензатор и повратни отпор повезани преко негативног улазног пина оп-ампера. То се назива инвертована оп-амп конфигурација и излазни сигнал ће бити инвертован од улазног сигнала.

Отпорник Р1 делује као улога пасивног филтера, а такође и као појачани отпорник истовремено.

Активни високопропусни филтер за појачање или праћење напона:

До сада овде описани склопови се користе за појачање напона и постпојачање.

Можемо то направити помоћу појачала јединственог појачања, што значи да ће излазна амплитуда или појачање бити 1к. Вин = Воут.

Да не спомињем, то је такође оп-амп конфигурација која се често описује као конфигурација следбеника напона где оп-појачало ствара тачну копију улазног сигнала.

Погледајмо дизајн кола и како да конфигуришем оп-појачало као следбеник напона и учинимо појачање јединице активним Високопропусни филтер: -

На овој слици је све идентично појачалу појачања коришћеном на првој слици. уклањају се повратни отпорници оп-појачала. Уместо отпорника негативни улазни пин оп-амп-а повезан је директно са излазним оп-амп-ом. Ова конфигурација оп-амп назива се конфигурација следбеника напона. Добитак је 1к. То је активни високопропусни филтер јединственог појачања. Произвешће тачну копију улазног сигнала.

Практични пример са прорачуном

Дизајнираћемо склоп активног високопропусног филтера у неинвертујућој оп-амп конфигурацији.

Спецификације: -

1. Добитак ће бити 2к
2. Пресечна фреквенција биће 2КХз

Прво израчунајмо вредност пре него што направимо склоп: -

Појачање појачала (ДЦ амплитуда) (Аф) = (1 + Р3 / Р2) (Аф) = (1 + Р3 / Р2) Аф = 2

Р2 = 1к (Морамо одабрати једну вредност; изабрали смо 1к за смањење сложености прорачуна).

Састављањем вредности коју добијамо

(2) = (1 + Р3 / 1)

Израчунали смо да је вредност трећег отпорника (Р3) 1к.

Сада треба израчунати вредност отпорника према граничној фреквенцији. Како активни високопропусни филтер и пасивни високопропусни филтер раде на исти начин, формула за одсецање фреквенције је иста као и раније.

Проверимо вредност кондензатора ако је гранична фреквенција 2КХз, изабрали смо вредност кондензатора 0,01уФ или 10нФ.

фц = 1 / 2πРЦ

Састављањем све вредности добијамо: -

2000 = 1 / 2π * 10 * 10 ^-9

Решавањем ове једначине добијамо вредност отпорника приближно 7,96.

Изабрана је најближа вредност овог отпорника 8к Ома.

Следећи корак је израчунавање добитка. Формула појачања је иста као и пасивни високопропусни филтер. Формула појачања или величине у дБ је следећа: -

Како је добитак оп-појачала 2к. Дакле, Аф је 2.

фц је одсечена фреквенција па је вредност фц 2Кхз или 2000Хз.

Сада променом фреквенције (ф) добијамо добитак.

Фреквенција (ф)	Појачање напона (Аф) (Воут / Вин)	Добитак (дБ) 20лог (Воут / Вин)
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

У овој табели са 100 Хз појачање се секвенцијално повећава темпом од 20дБ / деценију, али након достизања граничне фреквенције појачање се полако повећава на 6,02дБ и остаје константно.

Једна ствар коју треба подсетити је да је добитак оптичког појачала 2к. Из тог разлога гранична фреквенција је: -3дБ до 0дБ (1к појачање) до + 3дБ (2к појачање)

Сада смо већ израчунали вредности, време је за конструкцију кола. Збројимо све и направимо склоп: -

Струјни круг смо конструисали на основу претходно израчунатих вредности. На улазу активног високопропусног филтера обезбедићемо фреквенцију од 10 Хз до 100 КХз и 10 тачака по деценији и додатно ћемо истражити да ли је гранична фреквенција 2000 Хз на излазу појачала.

Ово је крива фреквенцијског одзива. Зелена линија представља појачани излаз филтера који је 2 к добитак. И црвена линија која представља одзив филтра на улазу појачала.

Постављамо курсор на 3дБ угловну фреквенцију и добијамо 2.0106 КХз или 2 КХз.

Као што је описано пре пасивног појачања филтра -3дБ, али као 2к појачање оп-амп кола у филтрираном излазу, гранична тачка је сада 3дБ као што је 3дБ додато два пута.

Каскадно додавање и додавање више филтера у једно Оп-појачало

Могуће је додати више филтера у један оптички појачавач попут активног високопропусног филтера другог реда. У том случају, баш као и пасивни филтер, додаје се додатни РЦ филтер.

Погледајмо како је направљен активни круг високопропусног филтра другог реда.

Ово је филтер другог реда. На слици јасно можемо видети два филтра заједно. Ово је високопропусни филтер другог реда.

Као што видите постоји један оптички појачавач. Појачање напона је исто као и претходно наведено помоћу два отпорника. Како је формула добитка иста, појачање напона је

Аф = (1 + Р2 / Р1)

Гранична фреквенција је: -

Можемо да додамо високопропусни активни филтер вишег реда. Али постоји једно правило.

Ако желимо да направимо филтер трећег реда, можемо каскадно филтрирати први и други ред.

Исто као да два филтера другог реда креирају филтер четвртог реда и овај зброј се сабира сваки пут.

Каскадни активни високопропусни филтер може се извршити на следећи начин: -

Што више оп-амп додаје, додаје се и већи добитак. Погледајте горњу слику. Бројеви написани на оптичком појачивачу представљају фазу редоследа. Као 1 = фаза 1. реда, 2 = фаза 2. реда. Сваки пут када се дода фаза, добија се и величина појачања која се додаје за 20дБ / деценију за сваку фазу. Као и за прву фазу, то је 20дБ / декаду, за другу фазу је 20дБ + 20дБ = 40дБ по деценији итд. положај. Нема ограничења у погледу броја филтера који се могу додати, али тачност филтера се смањује када се накнадно додају додатни филтри. Ако су вредности РЦ филтера, тј. Отпорник и кондензатори једнаки за сваки филтер, тада ће и гранична фреквенција бити иста, укупни добитак остаје једнак јер су коришћене фреквенцијске компоненте исте.

Апликације

Активни високопропусни филтер се може користити на више места где се пасивни високопропусни филтер не може користити због ограничења у вези са појачањем или поступком појачања. Осим тога, активни високопропусни филтер се може користити на следећим местима: -

Високопропусни филтер је широко коришћени круг у електроници.

Ево неколико апликација: -

1. Изједначавање високих тонова пре појачања снаге
2. Високофреквентни видео филтри.
3. Осцилоскоп и генератор функција.
4. Пре звучника за уклањање или смањење нискофреквентне буке.
5. Промена облика фреквенције при различитим таласима од.
6. Филтери високог тона.