- Apa itu, Litar, formula, lengkung?
- Potong keuntungan Frekuensi dan Voltan:
- Keluk Respons Kekerapan:
- Litar Penapis Pembalik Pembalik:
- Penapis Unity Gain atau Voltage Follower Active High Pass:
- Contoh praktikal dengan Pengiraan
- Melambung dan menambah Lebih banyak Penapis ke Satu Op-Amp
- Permohonan
Sebelum ini kami menerangkan mengenai Passive High Pass Filter dan Active Low Pass Filter, sekarang saatnya untuk Active High pass filter. Mari terokai apa itu Active High Pass Filter.
Apa itu, Litar, formula, lengkung?
Sama seperti penapis hantaran rendah pasif, penapis lulus tinggi pasif berfungsi dengan komponen pasif, Perintang dan Kapasitor. Kami mengetahui dalam tutorial sebelumnya mengenai penapis pas pas tinggi bahawa ia berfungsi tanpa gangguan luar atau tindak balas aktif.
Sekiranya kita menambahkan Amplifier merentasi penapis hantaran tinggi pasif, kita dapat dengan mudah membuat penapis lulus tinggi Aktif. Mengubah konfigurasi penguat kita juga dapat membentuk pelbagai jenis saringan lulus tinggi, terbalik atau tidak terbalik atau kesatuan memperoleh penapis lulus tinggi aktif.
Demi kesederhanaan, keberkesanan masa dan juga teknologi yang berkembang dalam reka bentuk op-amp, umumnya op-amp digunakan untuk reka bentuk Penapis Aktif.
Dalam penapis lulus tinggi pasif, tindak balas frekuensi tidak terbatas. Tetapi dalam senario praktikal ia sangat bergantung pada komponen dan faktor lain, di sini dalam kes penapis lulus tinggi aktif, lebar jalur op-amp adalah batasan utama penapis lulus tinggi aktif. Ini bermaksud frekuensi maksimum akan berlalu bergantung pada penguatan penguat dan ciri gelung terbuka op-amp.
Mari terokai beberapa keuntungan voltan Dc gelung terbuka op-amp yang biasa.
Op-amp | Lebar jalur (dB) | Kekerapan Maksimum |
LM258 | 100 | 1MHz |
uA741 | 100 | 1MHz |
RC4558D | 35 | 3MHz |
TL082 | 110 | 3MHz |
LM324N | 100 | 1MHz |
Ini adalah senarai kecil mengenai op-amp generik dan terdapat kenaikan voltan. Juga, kenaikan voltan sangat bergantung pada frekuensi isyarat dan voltan input op-amp dan berapa banyak keuntungan yang digunakan dalam op-amp tersebut.
Mari Jelajah lebih jauh dan fahami apa yang istimewa mengenainya:
Inilah Reka Bentuk Penapis Lulus Tinggi Mudah: -
Ini adalah gambar penapis lulus High Active. Di sini garis pelanggaran menunjukkan kepada kita penapis RC pasif High Passive tradisional yang kita lihat dalam tutorial sebelumnya.
Potong keuntungan Frekuensi dan Voltan:
Formula frekuensi pemotongan adalah sama seperti yang digunakan dalam penapis pas tinggi.
fc = 1 / 2πRC
Seperti yang dijelaskan dalam tutorial sebelumnya fc adalah frekuensi pemotongan dan R adalah nilai Resistor dan C adalah nilai Kapasitor.
Kedua-dua perintang yang disambungkan dalam nod positif op-amp adalah perintang maklum balas. Apabila perintang ini disambungkan dalam simpul positif op-amp, ia dipanggil konfigurasi tidak terbalik. Perintang ini bertanggungjawab untuk penguatan atau kenaikan.
Kita juga dapat mengira keuntungan penguat dengan mudah menggunakan persamaan berikut di mana kita boleh memilih nilai perintang yang setara mengikut gandaan atau sebaliknya: -
Keuntungan Penguat (amplitud DC) (Af) = (1 + R3 / R2)
Keluk Respons Kekerapan:
Mari kita lihat apa yang akan menjadi output dari penapis lulus Active High atau keluk respons Bode plot / Frekuensi: -
Ini adalah keluk keuntungan op-amp dan penapis yang disambungkan melintasi penguat.
Lengkung hijau ini menunjukkan keluaran isyarat yang diperkuat dan yang merah menunjukkan output tanpa penguat merentasi penapis pas tinggi.
Sekiranya kita melihat lengkung dengan lebih tepat maka kita akan menjumpai titik-titik di bawah ini dalam plot bode ini: -
Keluk merah meningkat pada 20dB / dekad dan di rantau cutoff magnitudnya -3dB iaitu margin fasa 45 darjah.
Seperti yang dibincangkan sebelumnya bahawa tindak balas frekuensi maksimum op-amp sangat berkaitan dengan keuntungan atau lebar jalurnya (seperti yang disebut gelung terbuka gelung Av).
Dalam senarai yang disediakan sebelum kita melihat op-amp biasa seperti uA741, LM324N mempunyai keuntungan gelung terbuka maksimum 100dB yang akan berkurang pada kadar roll-off -20dB per Dekade jika frekuensi input meningkat. Frekuensi input maksimum yang disokong oleh LM324N, uA741 adalah 1 Mhz, yang merupakan lebar jalur frekuensi atau frekuensi kesatuan. Pada frekuensi ini op-amp masing-masing akan menghasilkan keuntungan 0dB atau kenaikan kesatuan menurun 20dB / dekad.
Jadi tidak terbatas, setelah 1 MHz keuntungan akan menurun pada kadar -20dB / dekad. Jalur Lebar penapis lulus tinggi aktif sangat bergantung pada lebar jalur op-amp.
Kita boleh mengira kenaikan magnitud dengan menukar keuntungan Voltan op-amp.
Pengiraannya adalah seperti berikut: -
dB = 20log (Af) Af = Vin / Vout
Af ini boleh menjadi keuntungan Dc yang telah kita jelaskan sebelumnya dengan mengira nilai perintang atau membahagikan Vout dengan Vin.
Kita juga dapat memperoleh keuntungan voltan dari frekuensi yang digunakan pada penapis (f) dan frekuensi pemotongan (fc). Perolehan voltan dari kedua ini sangat mudah dengan menggunakan formula ini =
Sekiranya kita meletakkan nilai f dan fc kita akan mendapat keuntungan voltan yang diinginkan di penapis.
Litar Penapis Pembalik Pembalik:
Kita juga boleh membina penapis dalam formasi terbalik.
Margin Fasa dapat diperoleh dengan persamaan berikut.
Peralihan Fasa adalah sama seperti yang dilihat dalam saringan pas lulus tinggi Pasif. Ia adalah +45 darjah pada frekuensi pemotongan fc.
Berikut adalah pelaksanaan litar penapis lulus Tinggi aktif terbalik: -
Ia adalah penapis lulus Tinggi aktif dalam konfigurasi terbalik. Op-amp disambungkan secara terbalik. Pada bahagian sebelumnya input dihubungkan melalui pin input positif op-amp dan pin negatif op-amp digunakan untuk membuat litar maklum balas. Di sini litar terbalik. Input positif dihubungkan dengan rujukan tanah dan kapasitor dan perintang maklum balas disambungkan merentasi pin input negatif op-amp. Ini disebut konfigurasi op-amp terbalik dan isyarat output akan terbalik daripada isyarat input.
Perintang R1 bertindak sebagai peranan penapis pasif dan juga sebagai perintang penguatan sekaligus.
Penapis Unity Gain atau Voltage Follower Active High Pass:
Hingga kini litar yang dijelaskan di sini digunakan untuk tujuan kenaikan voltan dan penguatan pasca.
Kita dapat membuatnya dengan menggunakan penguat gain kesatuan, itu bermaksud amplitud atau keuntungan output akan menjadi 1x. Vin = Vout.
Tidak ketinggalan, ini juga merupakan konfigurasi op-amp yang sering digambarkan sebagai konfigurasi pengikut voltan di mana op-amp membuat replika isyarat input yang tepat.
Mari lihat reka bentuk litar dan cara mengkonfigurasi op-amp sebagai pengikut voltan dan menjadikan penyatuan lulus penapis lulus tinggi aktif: -
Dalam gambar ini semuanya sama dengan penguat keuntungan yang digunakan pada rajah pertama. perintang maklum balas op-amp dikeluarkan. Daripada perintang, pin input negatif op-amp dihubungkan terus dengan op-amp output. Konfigurasi op-amp ini disebut sebagai konfigurasi pengikut Voltan. Keuntungannya adalah 1x. Ia adalah penapis lulus High pass yang aktif. Ia akan menghasilkan replika isyarat input yang tepat.
Contoh praktikal dengan Pengiraan
Kami akan merancang litar penapis lulus Tinggi aktif dalam konfigurasi op-amp yang tidak terbalik.
Spesifikasi: -
- Keuntungan akan menjadi 2x
- Frekuensi pemotongan akan menjadi 2KHz
Mari hitung nilainya terlebih dahulu sebelum membuat litar: -
Keuntungan Penguat (amplitud DC) (Af) = (1 + R3 / R2) (Af) = (1 + R3 / R2) Af = 2
R2 = 1k (Kita perlu memilih satu nilai; kita memilih 1k untuk mengurangkan kerumitan pengiraan).
Dengan meletakkan nilai bersama-sama kita dapat
(2) = (1 + R3 / 1)
Kami mengira nilai perintang ketiga (R3) adalah 1k.
Sekarang kita perlu mengira nilai perintang mengikut frekuensi pemotongan. Sebagai penapis lulus Tinggi aktif dan penapis lulus Tinggi pasif berfungsi dengan cara yang sama formula pemotongan frekuensi sama seperti sebelumnya.
Mari kita periksa nilai kapasitor jika frekuensi pemotongan adalah 2KHz, kami memilih nilai kapasitor adalah 0.01uF atau 10nF.
fc = 1 / 2πRC
Dengan menyatukan semua nilai kita dapat: -
2000 = 1 / 2π * 10 * 10 -9
Dengan menyelesaikan persamaan ini, kita mendapat nilai perintang adalah 7.96 lebih kurang.
Nilai terdekat dipilih dari perintang 8k Ohms ini.
Langkah seterusnya adalah mengira keuntungan. Rumus keuntungan adalah sama dengan penapis lulus Tinggi pasif. Rumus kenaikan atau magnitud dalam dB adalah seperti berikut: -
Oleh kerana keuntungan op-amp adalah 2x. Jadi Af adalah 2.
fc adalah frekuensi terputus sehingga nilai fc adalah 2Khz atau 2000Hz.
Sekarang mengubah frekuensi (f) kita mendapat keuntungan.
Kekerapan (f) |
Keuntungan Voltan (Af) (Vout / Vin) |
Keuntungan (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 |
Dalam jadual ini dari 100 Hz kenaikan secara berurutan meningkat pada kadar 20dB / dekad tetapi setelah frekuensi pemotongan dicapai, keuntungan perlahan-lahan ditingkatkan menjadi 6.02dB dan tetap berterusan.
Satu perkara yang perlu diingatkan bahawa Keuntungan op-amp adalah 2x. Atas sebab itu frekuensi pemotongan adalah: -3dB hingga 0dB (keuntungan 1x) hingga + 3dB (keuntungan 2x)
Sekarang kerana kita sudah mengira nilainya sekarang adalah masa untuk membina litar. Mari tambah semua dan bina litar: -
Kami membina litar berdasarkan nilai yang dikira sebelumnya. Kami akan memberikan frekuensi 10Hz hingga 100KHz dan 10 mata setiap dekad pada input penapis High pass aktif dan akan menyiasat lebih lanjut untuk melihat sama ada frekuensi pemotongan adalah 2000Hz atau tidak pada output penguat
Ini adalah keluk tindak balas frekuensi. Garis hijau mewakili keluaran penapis yang diperkuat dengan keuntungan 2 x. Dan garis merah yang mewakili tindak balas penapis merentasi input penguat.
Kami menetapkan kursor pada frekuensi sudut 3dB dan mendapat 2.0106 KHz atau 2 KHz.
Seperti yang dijelaskan sebelum penambahan pasif penapis -3dB tetapi apabila keuntungan 2x litar op-amp ditambahkan di seluruh output yang ditapis, titik pemotongan kini menjadi 3dB sebagai penambahan 3dB dua kali.
Melambung dan menambah Lebih banyak Penapis ke Satu Op-Amp
Ada kemungkinan untuk menambahkan lebih banyak penapis di satu op-amp seperti penapis lulus tinggi aktif pesanan kedua. Dalam kes sedemikian seperti penapis pasif, penapis RC tambahan ditambahkan.
Mari lihat bagaimana Litar Penapis Lulus Aktif High Order Kedua dibina.
Ini adalah penapis pesanan Kedua. Dalam gambar itu kita dapat melihat dengan jelas dua penapis yang disatukan. Ini adalah penapis hantaran tinggi pesanan kedua.
Seperti yang anda lihat ada satu op-amp. Penambahan voltan sama seperti yang dinyatakan sebelumnya menggunakan dua perintang. Oleh kerana formula keuntungan adalah sama, keuntungan voltan adalah
Af = (1 + R2 / R1)
Kekerapan pemotongan adalah: -
Kita boleh menambah penapis aktif lulus tinggi yang lebih tinggi. Tetapi ada satu peraturan.
Sekiranya kita ingin membuat penapis pesanan ketiga, kita boleh merangkumi penapis pesanan pertama dan kedua.
Sama seperti dua penapis pesanan Kedua membuat penapis urutan keempat dan jumlah ini ditambah setiap kali.
Cascading Active High Pass Filter dapat dilakukan dengan cara berikut: -
Semakin banyak op-amp ditambah semakin banyak keuntungan yang ditambahkan. Lihat rajah di atas. Nombor yang ditulis pada op-amp mewakili tahap pesanan. Seperti 1 = peringkat urutan pertama, 2 = peringkat pesanan ke-2. Setiap kali pentas ditambahkan, magnitud keuntungan juga ditambah 20dB / dekad untuk setiap tahap ditambahkan. Seperti untuk peringkat pertama ia adalah 20dB / dekad, Tahap ke-2 adalah 20dB + 20dB = 40dB per dekad dan lain-lain. Setiap penapis nombor genap terdiri daripada penapis urutan kedua, setiap nombor ganjil terdiri daripada penapis urutan pertama dan urutan kedua, penapis pesanan pertama pada yang pertama kedudukan. Tidak ada batasan untuk berapa banyak penapis yang dapat ditambahkan, tetapi ketepatan penapis akan menurun ketika penapis tambahan ditambahkan kemudian. Sekiranya nilai penapis RC iaitu Resistor dan kapasitor adalah sama untuk setiap penapis, maka frekuensi pemotongan akan sama juga, keuntungan keseluruhan tetap sama kerana komponen frekuensi yang digunakan sama.
Permohonan
Penapis lulus High Active boleh digunakan di beberapa tempat di mana penapis lulus High passive tidak dapat digunakan kerana batasan mengenai prosedur penguatan atau penguatan. Selain itu penapis lulus Tinggi aktif boleh digunakan di tempat-tempat berikut: -
Penapis lulus tinggi digunakan litar dalam elektronik.
Berikut adalah beberapa aplikasi: -
- Penyamaan treble sebelum Penguatan kuasa
- Penapis berkaitan Video frekuensi tinggi.
- Penjana Osiloskop dan Fungsi.
- Sebelum pembesar suara kuat untuk mengeluarkan atau mengurangkan bunyi frekuensi rendah.
- Menukar bentuk frekuensi pada gelombang yang berbeza dari.
- Penapis penambah treble.