Apa itu Filter High Pass? Diagram Sirkuit, Karakteristik, dan Aplikasi

Apa itu Filter High Pass? Diagram Sirkuit, Karakteristik, dan Aplikasi

Ada zaman dimana ketika melakukan panggilan telepon melalui tempat-tempat yang jauh, seseorang harus mendekatkan mulutnya ke pemancar, berbicara dengan sangat lambat dan sangat keras agar pesan dapat didengar dengan jelas oleh orang yang ada di ujung telepon. Saat ini, kami bahkan dapat melakukan panggilan video ke seluruh dunia dengan resolusi berkualitas tinggi. Rahasia dari perkembangan teknologi yang begitu luar biasa terletak pada Kelistrikan Saring teori dan Teori saluran transmisi . Filter listrik adalah sirkuit yang hanya melewati pita frekuensi tertentu sambil melemahkan frekuensi lain yang tidak diinginkan. Salah satu filter tersebut adalah Pass filter tinggi .



Apa itu Filter High Pass?

Definisi dari high pass filter adalah filter yang hanya melewatkan sinyal-sinyal yang frekuensinya lebih tinggi daripada frekuensi cutoff sehingga melemahkan sinyal pada frekuensi yang lebih rendah. Nilai frekuensi cutoff tergantung pada desain filter.


Sirkuit High Pass Filter

Filter High Pass dasar dibuat dengan koneksi seri kapasitor dan resistor . Sementara sinyal input diterapkan kapasitor , keluarannya ditarik resistor .





Sirkuit High Pass Filter

Sirkuit High Pass Filter

Pada susunan rangkaian ini, kapasitor memiliki reaktansi tinggi pada frekuensi yang lebih rendah sehingga kapasitor bertindak sebagai rangkaian terbuka untuk sinyal input frekuensi rendah hingga frekuensi cutoff 'fc' tercapai. Filter melemahkan semua sinyal di bawah level frekuensi cutoff. Pada frekuensi di atas cut off tingkat frekuensi reaktansi kapasitor menjadi rendah dan bertindak sebagai hubung singkat ke frekuensi ini sehingga memungkinkan mereka untuk lewat langsung ke output.



Filter Pasif RC High Pass

Filter High Pass yang ditunjukkan di atas juga dikenal sebagai Filter Pasif RC High Pass karena sirkuit dibangun hanya dengan menggunakan elemen pasif . Tidak perlu menerapkan daya eksternal untuk kerja filter. Di sini kapasitor adalah elemen reaktif dan keluaran ditarik melintasi resistor.

Karakteristik Filter Lulus Tinggi

Saat kita membicarakannya frekuensi cutoff kami mengacu pada poin di respon frekuensi filter di mana gain sama dengan 50% gain puncak sinyal. yaitu. 3dB dari keuntungan puncak. Dalam High Pass Filter gain meningkat seiring dengan peningkatan frekuensi.


Kurva Frekuensi Filter Lulus Tinggi

Kurva Frekuensi Filter Lulus Tinggi

Frekuensi cutoff fc ini bergantung pada nilai R dan C rangkaian. Disini konstanta waktu τ = RC, frekuensi cutoff berbanding terbalik dengan konstanta waktu.

Frekuensi cutoff = 1 / 2πRC

Keuntungan sirkuit diberikan oleh AV = Vout / Vin

.yaitu. AV = (Vout) / (V in) = R / √ (Rdua+ Xcdua) = R / Z

Pada frekuensi rendah f: Xc → ∞, Vout = 0

Pada frekuensi tinggi f: Xc → 0, Vout = Vin

High Pass Filter Frequency Response atau High Pass Filter Bode Plot

Pada filter high pass, semua frekuensi yang berada di bawah frekuensi cutoff 'fc' dilemahkan. Pada titik frekuensi potong ini kita mendapatkan keuntungan -3dB dan pada titik ini reaktansi nilai kapasitor dan resistor akan sama. Yaitu. R = Xc. Keuntungan dihitung sebagai

Keuntungan (dB) = 20 log (Vout / Vin)

Kemiringan kurva high pass filter adalah +20 d B / dekade. Yaitu. setelah melewati tingkat frekuensi cutoff respon keluaran rangkaian meningkat dari 0 ke Vin pada tingkat +20 dB per dekade yang merupakan peningkatan 6 dB per oktaf.

Respon Frekuensi Filter Lulus Tinggi

Respon Frekuensi Filter Lulus Tinggi

Wilayah dari titik awal ke titik frekuensi cutoff dikenal sebagai band stop karena tidak ada frekuensi yang diizinkan lewat. Wilayah dari atas titik frekuensi pemutusan. yaitu -3 titik dB dikenal sebagai passband . Pada frekuensi cutoff, amplitudo tegangan keluaran titik akan menjadi 70,7% dari tegangan masukan.

Sini bandwidth filter menunjukkan nilai frekuensi yang memungkinkan sinyal lewat. Misalnya, jika bandwidth filter high pass diberikan sebagai 50 kHz, itu berarti hanya frekuensi dari 50 kHz hingga tak terbatas yang diizinkan lewat.

Sudut fase sinyal output +450 pada frekuensi cut off. Rumus untuk menghitung pergeseran fasa high pass filter adalah

∅ = arctan ⁡ (1 / 2πfRC)

Kurva Pergeseran Fase

Kurva Pergeseran Fase

Dalam aplikasi praktis, respons keluaran filter tidak meluas hingga tak terbatas. Karakteristik listrik dari elemen filter menerapkan batasan pada respons filter. Dengan pemilihan komponen filter yang tepat, kita dapat menyesuaikan rentang frekuensi yang akan dilemahkan, rentang yang akan dilewati, dll…

High Pass Filter menggunakan Op-Amp

Dalam filter high pass ini bersama dengan elemen filter pasif, kami menambahkan Op-amp ke sirkuit. Alih-alih mendapatkan respons output tak terbatas, di sini respons output dibatasi oleh loop terbuka karakteristik Op-amp . Karenanya filter ini bertindak sebagai a filter band-pass dengan frekuensi cut off yang ditentukan oleh bandwidth dan karakteristik penguatan Op-amp.

High Pass Filter menggunakan Op-Amp

High Pass Filter menggunakan Op-Amp

Penguatan tegangan loop terbuka Op-amp bertindak sebagai batasan bandwidth penguat . Penguatan penguat berkurang menjadi 0 dB dengan peningkatan frekuensi input. Respons rangkaian ini mirip dengan filter high pass pasif tetapi di sini penguatan Op-amp memperkuat amplitudo sinyal output.

Itu keuntungan dari filter menggunakan Op-amp non pembalik diberikan oleh:

AV = Vout / Vin = (Mati (f / fc)) / √ (1+ (f / fc) ^ 2)

dimana Af adalah penguatan passband dari filter = 1+ (R2) / R1

f adalah frekuensi sinyal input dalam Hz

fc adalah frekuensi cut off

Saat toleransi rendah resistor dan kapasitor digunakan filter Aktif Akses Tinggi ini memberikan akurasi dan kinerja yang baik.

Filter Akses Tinggi Aktif

High Pass Filter menggunakan Op-amp juga dikenal sebagai filter high pass aktif karena bersama dengan elemen pasif kapasitor dan resistor merupakan elemen aktif Op-amp digunakan di sirkuit . Dengan menggunakan elemen aktif ini, kita dapat mengontrol frekuensi cutoff dan rentang respons keluaran filter.

Filter High Pass Orde Kedua

Sirkuit filter yang kami lihat sampai sekarang semuanya dianggap sebagai filter high pass urutan pertama. Pada filter high pass orde dua, blok tambahan dari jaringan RC ditambahkan ke filter high pass urutan pertama di jalur masukan.

Filter High Pass Orde Kedua

Itu respon frekuensi high pass filter orde dua kedua mirip dengan filter high pass urutan pertama. Tetapi di urutan kedua, pita stop filter lolos tinggi akan menjadi dua kali lipat dari filter urutan pertama pada 40dB / Dekade. Filter orde tinggi dapat dibentuk dengan cascading filter orde pertama dan kedua. Meskipun tidak ada batasan untuk pesanan, ukuran filter meningkat seiring dengan menurunnya urutan dan keakuratannya. Jika pada filter orde tinggi R1 = R2 = R3 dst… dan C1 = C2 = C3 = etc… maka frekuensi cutoff akan sama terlepas dari orde filternya.

Filter High Pass Orde Kedua

Filter High Pass Orde Kedua

Frekuensi cutoff dari filter Aktif High Pass orde-2 kedua dapat diberikan sebagai

fc = 1 / (2π√ (R3 R4 C1 C2))

Fungsi Transfer Filter Lulus Tinggi

Karena impedansi kapasitor sering berubah, filter elektronik memiliki respons yang bergantung pada frekuensi.

Impedansi kompleks kapasitor diberikan sebagai Zc = 1 / sC

Di mana, s = σ + jω, ω adalah frekuensi sudut dalam radian per detik

Fungsi transfer rangkaian dapat ditemukan menggunakan teknik analisis rangkaian standar seperti Hukum Ohm , Hukum Kirchhoff , Superposisi dll. Bentuk dasar dari fungsi Transfer diberikan oleh persamaan

H (s) = (am s ^ m + a (m-1) s ^ (m-1) + ⋯ + a0) / (bn s ^ n + b (n-1) s ^ (n-1) + ⋯ + b0)

Itu urutan filter diketahui dari derajat penyebutnya. Polandia dan Nol dari rangkaian diekstraksi dengan memecahkan akar persamaan. Fungsi tersebut mungkin memiliki akar yang nyata atau kompleks. Cara akar ini diplot pada bidang s, di mana σ dilambangkan dengan sumbu horizontal dan ω dilambangkan dengan sumbu vertikal, mengungkapkan banyak informasi tentang rangkaian. Untuk high pass filter, angka nol terletak di origin.

H (jω) = Vout / Vin = (-Z2 (jω)) / (Z1 (jω))

= - R2 / (R1 + 1 / jωC)

= -R2 / R1 (1 / (1+ 1 / (jωR1 C))

Sini H (∞) = R2 / R1, naik saat ω → ∞

τ = R1 C dan ωc = 1 / (τ). yaitu. ωc = 1 / (R1C) adalah frekuensi penghentian

Dengan demikian fungsi transfer high pass filter diberikan oleh H (jω) = - H (∞) (1 / (1+ 1 / jωτ))

= - H (∞) (1 / (1- (jωc) / ω))

Ketika frekuensi input rendah maka Z1 (jω) besar, sehingga respon output rendah.

H (jω) = (- H (∞)) / √ (1+ (ωc / ω) ^ 2) = 0 ketika ω = 0 H (∞) / √2 ketika ω = ω_c

dan H (∞) ketika ω = ∞. Di sini tanda negatif menunjukkan pergeseran fasa.

Ketika R1 = R2, s = jω dan H (0) = 1

Jadi, fungsi transfer High Pass Filter H (jω) = jω / (jω + ω_c)

Filter High Pass senilai mentega

Selain menolak frekuensi yang tidak diinginkan, filter yang ideal juga harus memiliki kepekaan yang seragam untuk frekuensi yang diinginkan. Filter ideal seperti itu tidak praktis. Tetapi Stephen Butter dalam makalahnya “On the theory of filter amplifier” menunjukkan bahwa jenis filter ini dapat dicapai dengan meningkatkan jumlah elemen filter dengan besaran yang tepat.

Filter layak mentega dirancang sedemikian rupa sehingga memberikan respons frekuensi datar di pita sandi filter dan menurun menuju nol pada pita penghenti. Prototipe dasar Filter layak mentega adalah desain low pass tetapi dengan modifikasi high pass dan filter band pass bisa didesain.

Seperti yang telah kita lihat di atas untuk gain unit filter high pass urutan pertama adalah H (jω) = jω / (jω + ω_c)

Untuk n filter seperti itu secara seri H (jω) = (jω / (jω + ω_c)) ^ n yang setelah dipecahkan sama dengan

'N' mengontrol urutan transisi antara jalur lintasan dan pita penghenti. Oleh karena itu, semakin tinggi urutannya, percepat transisi sehingga pada n = ∞ Filter bernilai mentega menjadi Filter High Pass yang ideal.

Selama penerapan filter ini untuk kesederhanaan, kami mempertimbangkan ωc = 1 dan menyelesaikan fungsi transfer

untuk s = jω. yaitu. H (s) = s / (s + ωc) = s / (s + 1) untuk pesanan 1:

H (s) = s ^ 2 / (s ^ 2 + ∆ωs + (ωc ^ 2) untuk pesanan 2

Oleh karena itu, fungsi transfer kaskade di High Pass Filter adalah

Bode Plot dari Butter senilai High Pass Filter

Bode Plot dari Butter senilai High Pass Filter

Aplikasi High Pass Filter

Aplikasi high pass filter terutama mencakup berikut ini.

  • Filter ini digunakan di speaker untuk amplifikasi.
  • High pass filter digunakan untuk menghilangkan suara yang tidak diinginkan di dekat ujung bawah jangkauan suara.
  • Untuk mencegah amplifikasi Arus DC yang dapat merusak amplifier, digunakan filter high pass untuk kopling AC.
  • Filter High Pass masuk Pengolahan citra : Filter high pass digunakan dalam pemrosesan gambar untuk mempertajam detail. Dengan menerapkan filter ini pada gambar, kita dapat membesar-besarkan setiap bagian kecil dari detail dalam gambar. Tetapi, tindakan berlebihan dapat merusak gambar karena filter ini memperkuat noise pada gambar.

Masih banyak pengembangan yang harus dilakukan dalam desain filter ini untuk mencapai hasil yang stabil dan ideal. Perangkat sederhana ini memainkan peran penting dalam berbagai sistem kontrol , sistem otomatis, pemrosesan gambar dan audio. Manakah dari penerapan Pass filter tinggi apakah kamu sudah menemukan