Che cos'è il filtro passa-alto?

"Un filtro passa-alto è esattamente l'opposto del circuito del filtro passa-basso poiché i due componenti sono stati scambiati con il segnale di uscita del filtro ora prelevato dall'altro lato della resistenza wqui come il filtro passa-basso ha permesso solo ai segnali di passare al di sotto del suo punto di frequenza di taglio, ƒc, il circuito del filtro passa-alto passivo come suggerisce il nome, passa solo i segnali sopra il punto di taglio selezionato, ƒc eliminando qualsiasi segnale di bassa frequenza da la forma d'onda. ----- FMUSER"

Contenuti

1) Il circuito del filtro passa-alto

2) Risposta in frequenza di un filtro passa alto del 1 ° ordine

3) Frequenza di taglio e sfasamento

4) Esempio di filtro passa alto n. 1

5) Filtro passa alto di secondo ordine

6) Riepilogo filtro passa alto

7) Il differenziatore RC

Il circuito del filtro passa-alto

In questa disposizione circuitale, la reattanza del condensatore è molto alta alle basse frequenze, quindi il condensatore agisce come un circuito aperto e blocca qualsiasi segnale di ingresso su VIN fino al raggiungimento del punto di frequenza di taglio (ƒC). 

Al di sopra di questo punto di frequenza di taglio, la reattanza del condensatore si è ridotta sufficientemente da agire ora più come un cortocircuito consentendo a tutto il segnale di ingresso di passare direttamente all'uscita, come mostrato di seguito nella curva di risposta dei filtri.

Vedi anche: >> Che cos'è il filtro passa basso e come creare un filtro passa basso? 

Risposta in frequenza di un filtro passa alto del 1 ° ordine

Il diagramma di Bode o la curva di risposta in frequenza sopra per un filtro passa-alto passivo è esattamente l'opposto di quello di un filtro passa-basso. Qui il segnale viene attenuato o smorzato a basse frequenze con l'uscita che aumenta a + 20dB / Decade (6dB / Ottava) fino a quando la frequenza raggiunge il punto di taglio (ƒc) dove di nuovo R = Xc. 

Ha una curva di risposta che si estende dall'infinito fino alla frequenza di taglio, dove l'ampiezza della tensione di uscita è 1 / √2 = 70.7% del valore del segnale di ingresso o -3dB (20 log (Vout / Vin)) dell'ingresso valore.

Inoltre possiamo vedere che l'angolo di fase (Φ) del segnale di uscita PIÙ quello dell'ingresso ed è uguale a + 45o alla frequenza ƒc. La curva di risposta in frequenza per questo filtro implica che il filtro può passare tutti i segnali all'infinito. Tuttavia, in pratica, la risposta del filtro non si estende all'infinito ma è limitata dalle caratteristiche elettriche dei componenti utilizzati.

Il punto di frequenza di taglio per un filtro passa-alto del primo ordine può essere trovato usando la stessa equazione del filtro passa-basso, ma l'equazione per lo sfasamento viene leggermente modificata per tenere conto dell'angolo di fase positivo, come mostrato di seguito.

Vedi anche: >> Come progettare un filtro passa basso - Subwoofer?

Frequenza di taglio e sfasamento

 

Il guadagno del circuito, Av che è dato come Vout / Vin (magnitudo) ed è calcolato come:

Esempio di filtro passa alto n. 1
Calcola la frequenza di taglio o "breakpoint" (ƒc) per un filtro passa alto passivo semplice costituito da un condensatore da 82pF collegato in serie con un resistore da 240kΩ.

Filtro passa alto di secondo ordine
Sempre come per i filtri passa-basso, gli stadi del filtro passa-alto possono essere collegati in cascata per formare un filtro del secondo ordine (bipolare), come mostrato.

 

Il circuito di cui sopra utilizza due filtri del primo ordine collegati o collegati in cascata per formare una rete passa-alto del secondo ordine o bipolare. Quindi uno stadio filtro del primo ordine può essere convertito in un tipo di secondo ordine semplicemente usando una rete RC aggiuntiva, lo stesso del filtro passa basso di secondo ordine. Il risultante circuito del filtro passa-alto del secondo ordine avrà una pendenza di 2 dB / decennio (40 dB / ottava).

Come per il filtro passa-basso, la frequenza di taglio, ƒc è determinata sia dai resistori che dai condensatori come segue.

In pratica, i filtri passivi a cascata insieme per produrre filtri di ordine superiore sono difficili da implementare con precisione poiché l'impedenza dinamica di ciascun ordine di filtro influisce sulla sua rete vicina. Tuttavia, per ridurre l'effetto di caricamento possiamo fare l'impedenza di ogni fase successiva 10 volte la fase precedente, quindi R2 = 10 * R1 e C2 = 1/10 di C1.

Vedi anche: >> Filtri passa-basso: è quello che hai e che ci fai! 

Riepilogo filtro passa alto
Abbiamo visto che il filtro passa-alto passivo è esattamente l'opposto del filtro passa-basso. Questo filtro non ha tensione di uscita da DC (0Hz), fino a un punto di frequenza di taglio specificato (ƒc). Questo punto di frequenza di taglio inferiore è del 70.7% o -3 dB (dB = -20log VOUT / VIN) del guadagno di tensione che può passare.

La gamma di frequenza "sotto" questo punto di interruzione ƒc è generalmente nota come banda di arresto, mentre la gamma di frequenza "sopra" questo punto di interruzione è generalmente nota come banda di passaggio.

La frequenza di taglio, la frequenza d'angolo o il punto di -3dB di un filtro passa-alto può essere trovata usando la formula standard di: ƒc = 1 / (2πRC). L'angolo di fase del segnale di uscita risultante a ƒc è + 45o. In generale, il filtro passa-alto è meno distorto rispetto al filtro passa-basso equivalente a causa delle frequenze operative più elevate.

Un'applicazione molto comune di questo tipo di filtro passivo, è negli amplificatori audio come condensatore di accoppiamento tra due stadi di amplificazione audio e nei sistemi di altoparlanti per indirizzare i segnali di frequenza più alta agli altoparlanti di tipo "tweeter" più piccoli mentre si bloccano i segnali dei bassi inferiori o sono utilizzato anche come filtro per ridurre qualsiasi rumore a bassa frequenza o distorsione di tipo "rombo". 

Se utilizzato in questo modo nelle applicazioni audio, il filtro passa-alto viene talvolta chiamato filtro "low-cut" o "bass cut".

La tensione di uscita Vout dipende dalla costante di tempo e dalla frequenza del segnale di ingresso come visto in precedenza. Con un segnale sinusoidale CA applicato al circuito, si comporta come un semplice filtro passa alto del 1 ° ordine. Ma se cambiamo il segnale di ingresso in quello di un segnale a forma di “onda quadra” che ha un ingresso a gradino quasi verticale, la risposta del circuito cambia drasticamente e produce un circuito comunemente noto come Differenziatore.

Vedi anche: >> Tutorial di base sui filtri RF 

Il differenziatore RC

Finora si è ipotizzato che la forma d'onda di ingresso al filtro fosse sinusoidale o quella di un'onda sinusoidale costituita da un segnale fondamentale e da alcune armoniche che operano nel dominio della frequenza, dandoci una risposta nel dominio della frequenza per il filtro. Tuttavia, se alimentiamo il filtro passa-alto con un segnale ad onda quadra che opera nel dominio del tempo fornendo un input di risposta di impulso o di gradino, la forma d'onda di uscita sarà costituita da impulsi o picchi di breve durata, come mostrato.

Il circuito differenziatore RC

Ogni ciclo della forma d'onda di ingresso dell'onda quadra produce due picchi in uscita, uno positivo e uno negativo e la cui ampiezza è uguale a quella dell'ingresso. La velocità di decadimento dei picchi dipende dalla costante di tempo, dal valore (RC) di entrambi i componenti, (t = R x C) e dal valore della frequenza di ingresso. Gli impulsi di uscita assomigliano sempre più alla forma del segnale di ingresso all'aumentare della frequenza.

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