无源高通RC滤波器的操作

电滤波器是一种电路，旨在抑制电信号中所有不需要的频率分量，并仅允许所需的频率。换句话说，滤波器是只允许特定频带的电路。

在许多应用中，电容滤波器比电感滤波器使用得更多，因为电感器会产生一些杂散磁场并消耗一些功率。不仅有这些缺点，而且由于在电路中使用电感器，滤波器变得笨重。

在前面的教程中，我们研究了滤波器和无源低通滤波器的基础知识。现在让我们看看无源高通RC滤波器的操作。

无源高通滤波器

无源高通滤波器类似于无源低通滤波器。当电容和电阻位置在低通滤波器的电路中互换时，电路表现出高通滤波器的行为。电容器与电阻串联。输入电压串联施加到电容，但输出仅沿电阻两端吸收。

高通滤波器允许高于截止频率“fc”的频率，并阻挡较低频率的信号。截止频率的值取决于为电路设计选择的元件值。这些高通滤波器在 10 MHz 的高频范围内具有许多应用。

高通滤波器的电路如下所示。

由于电路中元件的这种互换，电容提供的响应会发生变化，这些变化与低通滤波器的响应完全相反。

低频时的电容器就像开路，而在较高频率下，这意味着在高于截止频率的频率下，电容器就像短路一样。由于电容器的容抗，电容器将阻止进入电容器的较低频率。

我们知道，电容器本身会反对通过它的一定量的电流，以便在电容器的电容范围内结合。截止频率后，由于容抗值的降低，电容器允许所有频率。这使得当输入信号频率大于截止频率fc时，电路将整个输入信号传递到输出端。

在较低频率下，电抗值增加，因此当电抗增加时，反对流过电容器的电流的能力增加。低于截止频率的频率带称为“阻带”，截止频率之后的频率带称为“通带”。

在上述电路中只有一个带电阻的电抗元件，这表明该电路是一阶电路。

高通滤波器的频率响应

关于频率和容抗的响应曲线如下：

该响应曲线表明，高通滤波器与低通滤波器完全相反。在高通滤波器中，直到截止频率，所有低频信号都被电容器阻挡，导致输出电压降低。

在截止频率点，电阻“R”的值和电容“X_c”的电抗相等，因此输出电压以-20 dB/十倍频程的速率增加，输出信号电平为输入信号电平的-3 dB。

在非常高的频率下，容抗变为零，然后输出电压与Vout = Vin的输入电压相同。在低频下，容抗是无穷大的，因此输出电压为零，因为电抗会阻止电流进入电容器。

高通滤波器的输出在截止频率下相对于输入信号的相移角（ø）为+45°。这表明高通滤波器的输出是参考输入信号的引线。在高频（f > fC）下，相移几乎为零，这意味着输入和输出信号都是同相的。

在理想情况下，滤波器将允许截止频率点后的频率达到无穷大，但实际上无穷大值取决于滤波器设计中使用的分量值。

电容器对极板进行充电和放电所花费的时间相对于输入信号会导致相位差。与电容器串联的电阻将产生充放电效果。

串联RC电路的时间常数定义为电容器充电至最终稳态值的63.2%所花费的时间，也定义为电容器放电至稳态值的36.8%所花费的时间。这由符号“τ”表示。时间常数和截止频率之间的关系如下

时间常数 τ=RC= 1⁄2πfc 和 ω_c= 1/τ = 1/RC。

由此可以清楚地看出，滤波器的输出取决于施加在输入端的频率和时间常数。

截止频率和相移

截止频率或断点 'fc' = 1/ 2πfc

相移 （ø） = tan-1（2πfRc）

高通RC滤波器输出电压和增益

高通滤波器示例

我们考虑一个电容值为82 pF、电阻值为240 kΩ的高通滤波器。通过这些值，我们可以计算滤波器的截止频率

fC= 1/（2πRC） = 1 / （2π x 240 x 103x 82 x 10-12） = 8.08 kHz

二阶无源高通滤波器

通过级联两个一阶高通滤波器，我们得到了二阶高通滤波器。由于它由两个电抗元件组成，这意味着两个电容器，因此使电路成为秒阶。该两级滤波器的性能与单级滤波器相同，但滤波器的斜率在-40 dB/十倍频程处获得。

这是因为截止频率变化。与单级高通滤波器相比，它的效率更高，因为它有两个存储点。对于两级滤波器，截止频率取决于两个电容器和两个电阻的值。具体如下

fc= 1/ （2π√（R1C1R2C2）） 赫兹

无源高通滤波器摘要

高通滤波器允许频率大于截止频率到无穷大。在实际情况下，无穷大不会退出，因此该无穷大值取决于电路设计中使用的组件。

高通滤波器允许的频率带称为“通带”，该通带只不过是滤波器的带宽。滤波器衰减的频率带称为“阻带”。

截止频率是使用上面显示的公式“fc”计算的。输出信号的相移以+45°的角度领先于输入信号。输出电压取决于时间常数和施加到电路的输入频率。

与低通滤波器相比，高通滤波器消除的失真更准确，因为电路中使用的频率很高。

高通RC差分器

对于普通正弦波输入，滤波器的性能就像一阶高通滤波器一样 但是，当我们应用不同类型的信号而不是正弦波（如方波）时，方波等时域响应（如阶跃或脉冲）作为输入信号，则电路的行为类似于微分器电路。

输入的导数与电路输出成正比的电路，称为微分器电路。

因此，当常量输入施加到电路时，输出变为零，因为常数的导数趋于零。

RC差分电路如下所示。

对于方波输入信号，输出波形显示为持续时间较短的脉冲。对于一个完整的输入周期，会出现两个具有正脉冲和负脉冲的尖峰信号。

在此过程中，输出信号的幅度不会发生变化。如果输入信号频率增加，则输出端的脉冲宽度增加。尖峰脉冲的衰减速率取决于时间常数。

高通滤波器的应用

• 它们在音频放大器电路中用作高音单元型信号的高频率的一部分，通过阻断低低音信号。
• 这些用作隆隆声滤波器，以阻止附近不需要的信号并在扬声器中传递所需的信号。
• 它们用于交流耦合电路和差分器电路。
• 在每个通道条的混合过程中，添加了这些高通滤波器。
• 在图像处理中，高通滤波器用于需要高增强滤波器的取消锐化过程。
• 在图像处理中，可以在时域或频域中降低噪声。因此，结合低通滤波器，这些高通滤波器用于增强、抑制噪声和修改图像处理中的图像。
• 在电话应用中，它们用于DSL分路器，并结合低通滤波器。