مرشح الترددات العالية السلبي

ناقشنا سابقًا مرشح Passive Low Pass ، والآن حان الوقت لإلقاء نظرة ثاقبة على مرشح التمرير العالي السلبي.

كما هو الحال من قبل ، إذا نظرت إلى الاسم ، فسيظهر "غير فعال" و "مرتفع" و "نجاح" و "مرشح". لذلك ، كما يوحي الاسم ، فهو عامل تصفية يمنع الترددات المنخفضة ، ولكنه يتجاوز التردد العالي فوق القيمة المحددة مسبقًا ، والتي سيتم حسابها بواسطة الصيغة.

إنها "سلبية" أي لا قوة خارجية ، لا تضخيم لإشارة الدخل ؛ سنصنع الدائرة باستخدام مكونات "سلبية" لا تتطلب أي مصدر طاقة خارجي. المكونات الخاملة هي نفسها مرشح تمرير منخفض ولكن سيتم عكس ترتيب الاتصال تمامًا. المكونات السلبية هي المقاوم (R)

والمكثف (C). مرة أخرى هو تكوين مرشح RC.

دعونا نرى ما سيحدث إذا قمنا ببناء الدائرة وفحصنا الاستجابة أو "Bode Plot"…

ها هي الدائرة في هذه الصورة:

هذا مرشح RC. بشكل عام ، يتم تطبيق إشارة دخل على هذه المجموعة المتسلسلة من المكثف غير المستقطب والمقاوم. إنه مرشح من الدرجة الأولى حيث لا يوجد سوى مكون تفاعلي واحد في الدائرة وهو المكثف. سيكون الإخراج المفلتر متاحًا عبر المقاوم. مزيج هذا الثنائي هو بالضبط عكس مرشح تمرير منخفض. إذا قارنا الدائرة بمرشح تمرير منخفض ، فسنرى أن موضع المقاوم والمكثف متبادلان.

كيف يعمل مرشح High Pass؟

عند الترددات المنخفضة ، يكون تفاعل المكثف كبيرًا جدًا بحيث يعمل كدائرة مفتوحة ويمنع إشارة الإدخال أسفل نقطة تردد القطع (fc). ولكن عندما تصل نقطة التردد المقطوعة ، تبدأ تفاعلات المكثف في الانخفاض وتسمح للإشارة بالمرور مباشرة. سنرى هذا بالتفصيل في منحنى استجابة التردد.

إليكم المنحنى كيف يبدو متشابهًا عند خرج المكثف: -

استجابة التردد وتردد القطع

هذا هو منحنى استجابة التردد لدائرة مرشح التمرير العالي من الدرجة الأولى.

f c هو تردد القطع للمرشح. عند نقطة -3dB يُسمح بمرور الإشارة. هذا -3DB أيضا يدل على وتيرة قطع. من 10 هرتز إلى تردد القطع ، لا يُسمح بالإشارة بالمرور لأن التردد منخفض التردد ، وفي هذه المرحلة يكون جزء نطاق التوقف حيث لا يُسمح للإشارة بالمرور من الفلتر ولكن أعلى من تردد القطع بعد -3dB يسمى الجزء باسم موضع نطاق المرور حيث يُسمح للإشارة بالمرور. ميل المنحنى هو + 20 ديسيبل لكل عقد. عكس مرشح التمرير المنخفض تمامًا.

صيغة حساب الكسب هي نفسها التي استخدمناها في البرنامج التعليمي السابق في مرشح تمرير منخفض سلبي

كسب (ديسيبل) = 20 سجل (Vout / Vin)

بعد إشارة القطع ، تزداد استجابات الدائرة تدريجياً إلى Vin من 0 وتحدث هذه الزيادة بمعدل + 20 ديسيبل / عقد. إذا قمنا بحساب الزيادة في الأوكتاف فستكون 6 ديسيبل.

منحنى استجابة التردد هذا هو Bode Plot of High pass filter. من خلال اختيار مكثف مناسب ومقاوم مناسب ، يمكننا إيقاف الترددات المنخفضة ، والحد من مرور الإشارة عبر دائرة المرشح دون التأثير على الإشارة حيث لا توجد استجابة نشطة.

في الصورة أعلاه ، توجد كلمة Bandwidth. إنه يدل على التردد الذي ستسمح به الإشارة بالمرور لذلك ، إذا كان مرشح تمرير عالي 600 كيلوهرتز ، فسيكون النطاق الترددي من 600 كيلوهرتز إلى إنفينيتي. حيث سيسمح بتمرير جميع الإشارات فوق تردد القطع.

عند تردد القطع سنحصل على -3 ديسيبل. في هذه المرحلة ، إذا قارنا سعة إشارة الخرج بإشارة الإدخال ، فسنرى أن سعة إشارة الخرج ستكون 70.7٪ من إشارة الإدخال. أيضا في كسب -3dB ستكون المفاعلة السعوية والمقاومة متساوية. R = Xc.

ما هي معادلة التردد القاطع؟

صيغة تردد القطع هي نفسها تمامًا مثل مرشح الترددات المنخفضة.

و ج = 1/2 درجة مئوية

إذن ، R هي المقاومة و C هي السعة. إذا وضعنا القيمة ، فسنعرف تردد القطع.

حساب الجهد الناتج

دعونا نرى الصورة الأولى ، الدائرة حيث يتم استخدام مقاوم واحد ومكثف واحد لتشكيل مرشح تمرير عالي أو دائرة RC.

عندما يتم تطبيق إشارة التيار المستمر عبر الدائرة ، فإن مقاومة الدائرة تؤدي إلى انخفاض عند تدفق التيار. ولكن في حالة وجود إشارة تيار متردد ، فهي ليست مقاومة ولكن المقاومة هي المسؤولة عن انخفاض الجهد ، والذي يتم قياسه بالأوم أيضًا.

يوجد في دائرة RC شيئان مقاومان. الأول هو المقاومة والآخر هو التفاعل السعوي للمكثف. لذا ، نحتاج إلى قياس مفاعلة السعة للمكثف أولاً لأنها ضرورية لحساب ممانعة الدائرة.

المقاومة المقاومة الأولى هي مفاعلة سعوية ، الصيغة هي: -

Xc = 1/2 درجة مئوية

سيكون ناتج الصيغة في أوم ، حيث أن أوم هي وحدة التفاعل السعوي لأنها معارضة تعني المقاومة.

المعارضة الثانية هي المقاوم نفسه. قيمة المقاوم هي أيضا مقاومة.

لذلك ، بدمج هاتين المعارضة ، سنحصل على المقاومة الكلية ، وهي مقاومة في دائرة RC (إدخال إشارة التيار المتردد).

تشير المعاوقة إلى Z

الصيغة هي: -

كما تمت مناقشته من قبل في التردد المنخفض ، فإن تفاعل المكثف مرتفع جدًا بحيث يعمل كدائرة مفتوحة ، ومفاعلة المكثف هي اللانهاية عند التردد المنخفض ، لذا فهي تمنع الإشارة. كسب الإخراج هو 0 في ذلك الوقت ، وبسبب الكتلة ، يظل جهد الخرج 0 حتى يتم الوصول إلى تردد القطع.

ولكن في التردد العالي ، يحدث العكس ، حيث يكون تفاعل المكثف منخفضًا جدًا بحيث يعمل كدائرة كهربائية قصيرة ، ومفاعلة المكثف تكون 0 عند التردد العالي ، لذلك يتم تمرير الإشارة. كسب الإخراج هو 1 في ذلك الوقت ، وهذا هو حالة كسب الوحدة وبسبب كسب الوحدة ، يكون جهد الخرج هو نفسه جهد الدخل بعد الوصول إلى تردد القطع.

مثال مع الحساب

كما نعلم بالفعل ما يحدث بالفعل داخل الدائرة وكيفية معرفة القيمة. دعونا نختار القيم العملية.

دعنا نلتقط القيمة الأكثر شيوعًا في المقاوم والمكثف ، 330 كيلو و 100 بيكو فاراد. اخترنا القيمة لأنها متوفرة على نطاق واسع ومن السهل حسابها.

دعونا نرى ما سيكون تردد القطع وما سيكون جهد الخرج.

تردد القطع سيكون: -

من خلال حل هذه المعادلة ، يكون تردد القطع 4825 هرتز أو 4.825 كيلو هرتز.

دعونا نرى ما إذا كان هذا صحيحًا أم لا…

هذه هي دائرة المثال.

نظرًا لاستجابة التردد الموصوفة سابقًا عند تردد القطع ، فإن dB سيكون

-3dB ، بغض النظر عن الترددات. سوف نبحث -3DB في إشارة خرج ومعرفة ما إذا كان 4825Hz (4.825Khz) أم لا.

ها هي استجابة التردد: -

لنقم بتعيين المؤشر عند -3 ديسيبل ونرى النتيجة.

كما يمكننا أن نرى استجابة التردد (تسمى أيضًا Bode Plot) قمنا بتعيين المؤشر عند -3.03 ديسيبل والحصول على تردد عرض النطاق الترددي 4.814 كيلو هرتز.

مرحلة التحول

تشير زاوية الطور إلى أن φ (Phi) ستكون عند الخرج +45

هذا هو التحول الطوري للدائرة ، ويستخدم كمثال عملي.

لنكتشف قيمة إزاحة الطور عند تردد القطع: -

وضعنا المؤشر على +45

هذا مرشح تمرير عالي من الدرجة الثانية. المكثف والمقاوم من المرتبة الأولى والمكثف 1 والمقاوم 1 من الدرجة الثانية. متتالية معًا تشكل مرشح تمرير عالي من الدرجة الثانية.

مرشح الدرجة الثانية له دور ميل 2 × + 20 ديسيبل / عقد أو + 40 ديسيبل (12 ديسيبل / أوكتاف).

ها هو منحنى الاستجابة: -

المنحدر هو + 20dB / Decade والأحمر في الناتج النهائي الذي له ميل + 40dB / Decade.

سيحسب هذا تردد القطع لدائرة التمرير العالي من الدرجة الثانية.

تمامًا مثل مرشح Low Pass ، ليس من الجيد أن تتالي اثنين من مرشحات High Pass السلبية لأن المعاوقة الديناميكية لكل ترتيب مرشح تؤثر على الشبكة الأخرى في نفس الدائرة.

التطبيقات

يستخدم مرشح التمرير المنخفض على نطاق واسع في الدوائر الإلكترونية.

فيما يلي بعض التطبيقات: -

1. استقبال الصوت والمعادل
2. نظام التحكم بالموسيقى وتعديل التردد الثلاثي.
3. وظيفة المولد
4. تلفزيون أشعة الكاثود وراسم الذبذبات.
5. مولد الموجة المربعة من الموجة الثلاثية.
6. مولدات النبض.
7. منحدر إلى خطوة مولدات.