パッシブハイパスフィルター:回路、動作、種類、伝達関数とその応用

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あ ハイパスフィルタ は、特定のカットオフ周波数よりも高い周波数の信号を許可し、そのカットオフ周波数よりも低い周波数で信号を減衰させる電子フィルターです。このフィルターはローパスフィルターの逆であり、HPF、バスカットフィルター、ローカットフィルターとも呼ばれます。の組み合わせ ローパスフィルタ ハイパスフィルターはバンドパスフィルターとして知られており、特定の範囲の周波数のみを許可します。ハイパスフィルターには、回路の設計やフィルターの設計に使用されるコンポーネントに基づいて、さまざまな種類があります。アクティブハイパスフィルター、パッシブHPF、RC HPF、1次HPF、2次HPF、 バターワース 、チェビシェフおよびベッセル ハイパス フィルター。この記事では、パッシブハイパスフィルターとその回路、仕組み、種類、用途について簡単に説明します。


パッシブハイパスフィルターとは何ですか?

高周波信号のみを通過させ、低周波信号を遮断するために使用される電子フィルタの一種は、パッシブ ハイパス フィルタとして知られています。このフィルターは、動作に外部電源を必要とせず、入力信号エネルギーのみに依存するため、パッシブ フィルターとしても知られています。



このフィルターは、次のような受動コンポーネントを使用して設計されています。抵抗、インダクタ、コンデンサ。これらのコンポーネントの値は単にフィルターのカットオフ周波数を決定します。この周波数は、ブロックまたは減衰される信号よりも低くなります。

パッシブハイパスフィルター回路

抵抗とコンデンサを使用するパッシブ ハイパス フィルターの設計回路を以下に示します。この回路はパッシブ LPF に似ていますが、回路内で抵抗とコンデンサが単純に交換されます。パッシブハイパスフィルター回路のコンデンサーは、抵抗器によって単純に直列に接続されます。一般に、入力信号が無極性コンデンサと抵抗器の直列組み合わせに供給されると、フィルタリングされた出力が利用可能になるか、抵抗器の両端に引き出されます。



このフィルターは単に高周波を許可し、低周波信号をブロックします。カットオフ周波数の値は主に、回路設計のために選択されたコンポーネントの値に依存します。これらのフィルタには、10 MHz の高周波数範囲でいくつかの用途があります。この回路内でコンポーネントが交換されるため、供給されるコンデンサによる応答は、ローパス フィルターの応答とはまったく逆に変化します。

  パッシブハイパスフィルター
パッシブハイパスフィルター

この回路のコンデンサは、低周波数では開回路のように動作し、より高い周波数では動作します。それは短絡のように機能します。この回路では、コンデンサの容量性リアクタンスにより、コンデンサに入る低周波がコンデンサによってブロックされます。

  プリント基板ウェイ

コンデンサは、この回路内のある程度の電流に抵抗して、コンデンサの静電容量範囲内に収まります。したがって、カットオフ周波数以降のコンデンサは、容量性リアクタンスの低減値によりすべての周波数を許容します。したがって、このフィルタ回路は、入力信号の周波数がカットオフ周波数「fc」と比較して高い場合は常に、入力信号全体を出力に通過させることになります。

リアクタンスの値は周波数が低いほど増加し、コンデンサ全体に流れる電流に抵抗する容量が増加します。カットオフ周波数より下の周波数帯域は「ストップバンド」と呼ばれ、カットオフ周波数より後の周波数帯域は「パスバンド」と呼ばれます。

カットオフ周波数

パッシブハイパスフィルターのカットオフ周波数の計算式を以下に示します。この式はローパス フィルターに似ています。

Fc = 1 / 2πRC

「R」はここで 抵抗 &「C」は静電容量です。

パッシブハイパスフィルターの位相角

パッシブ HPF の位相角は φ (ファイ) で表され、-3dB (または) カットオフ周波数での i/p 信号の出力では +45 になります。

フィルターの周波数応答に従って、カットオフ周波数を超えて無限大まですべての信号を通過させます。位相シフトの式はローパス フィルターとは似ていません。HPF では位相が正のシフトであるにもかかわらず、このフィルターでは位相が負になるためです。そのため、位相角の式は次のようになります。

位相シフト (φ) = arctan (1/2πfRC)

時定数

回路内のコンデンサは、入力信号の周波数によって充放電の影響を受けます。これは時定数として知られており、τ (タウ) で表されます。時定数はカットオフ周波数にも関係します。

τ = RC = 1 / 2πfc

時定数の値が分かる場合には、カットオフ周波数を知る必要がある場合があります。そのため、式を変更することで、以下の式を得ることができます。

fc = 1 / 2πRC

τ = RC であることがわかっています。

したがって、上式は fc = 1 / 2πτ となります。

330k の抵抗と 100pF のコンデンサを使用したアクティブ ハイパス フィルター回路を以下に示します。カットオフ周波数を計算します。

カットオフ周波数の計算式は以下のとおりです。

カットオフ周波数 fc = 1/2πfC

抵抗器 330k とコンデンサー 100pF の値がわかっているので、これらの値を上記の式に代入します。

カットオフ周波数 fc = 1/2 x 3.14 x 330000 x 100 x 10^-12。

fc = 4825Hz (または) 4.825Khz。

パッシブハイパスフィルター伝達関数

伝達関数は、パッシブ ハイパス フィルターの入力信号と出力信号間の主な関係を説明します。そこで、パッシブ HPF 計算の伝達関数について以下に説明します。

  パッシブHPF伝達関数
パッシブHPF伝達関数

ヴィン = IZ

Vin = I (R + 1/jωC)

Vo=IS
金/金

IR/I (R + 1/jωC)

Vo/Vin = RjωC / RjωC + 1)

RC = 1/ωC​​ とします。

Vo/Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1

Vo/Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1

上の方程式はパッシブ ハイパス フィルター伝達関数です。したがって、フィルタのすべての「ω」値での電圧ゲインは、上記の式で測定できます。

パッシブハイパスフィルターの種類

パッシブ ハイパス フィルターには 2 つのタイプがあります。 1次パッシブHPFと2次パッシブHPFについては後述します。

一次パッシブHPF

1 次パッシブ ハイパス フィルター回路を以下に示します。この回路は、抵抗を備えた無効成分を 1 つだけ使用して設計できます。このフィルタ回路は、低周波信号をブロックしますが、設定値を超える高周波信号は許可します。この回路は受動部品を使用しているため、外部電源は必要ありません。入力信号がコンデンサと抵抗のこの直列組み合わせに供給されると、抵抗を介してフィルタリングされた出力が得られます。

  一次パッシブハイパスフィルター回路
一次パッシブハイパスフィルター回路

一次パッシブ HPS のカットオフ周波数の式は、以下に示すパッシブ ローパス フィルターと同じです。

fc = 1 / 2πRC

2次パッシブHPF

2 次パッシブ ハイパス フィルター回路を以下に示します。このフィルタ回路は、2 つの 1 次 HPF をカスケード接続することによって設計されています。この回路は 2 つの無効成分を使用します。 コンデンサ そしてフィルター回路を 2 次にする 2 つの抵抗。したがって、この 2 段フィルタの性能は 1 段フィルタと同等ですが、カットオフ周波数内の変動により、このフィルタの傾きは -40 dB/decade で得られます。

  2次パッシブハイパスフィルター
2次パッシブハイパスフィルター

このフィルターには 2 つのストレージ ポイントが含まれているため、1 段フィルターと比較して非常に効率的です。したがって、2 段フィルタのカットオフ周波数は主に 2 つのコンデンサと 2 つのコンデンサに依存します。 抵抗器 として与えられる値;

fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz

アプリケーション

パッシブハイパスフィルターの応用 以下のものが含まれます。

  • パッシブ ハイパス フィルターは、低周波数をブロックしますが、所定の値を超える高周波数は通過させるフィルターです。
  • パッシブハイパスフィルターはイコライザーとオーディオレシーバーで使用されます。
  • これらは音楽制御システムや  周波数変調 。
  • これらは、関数発生器、パルス発生器、ランプツーステップ発生器、CRO、CRT などで使用されます。
  • これらのフィルタは通常、最大周波数が必要な場合にオーディオ アンプの低周波ノイズを除去するためにオーディオ処理で使用されます。
  • これらのフィルターは、デジタル画像内のエッジやその他の高周波成分を強調するために HPF で頻繁に使用されます。
  • これらは、次のようなさまざまな産業用途や科学用途で使用されます。 ECG を理解するための生物医学分野における地震解析、レーダー システムなど。
  • これらのタイプのフィルターは、高周波信号が低周波ベースの信号を許可およびブロックできるようにする、エレクトロニクスおよび信号処理における重要なツールです。

したがって、これはパッシブの概要です ハイパスフィルター、回路、動作 、種類とその応用。フィルター回路は、次のような受動部品のみを使用して設計されています。抵抗とコンデンサー。これらのフィルタは外部ソースを必要としないため、ゲインがありません。これは、出力信号の振幅が常に入力信号の振幅と同等かそれ以下であることを意味します。これらのフィルターの設計は非常にシンプルであり、これらのフィルターの製造に使用されるコンポーネントも非常に安価です。ここで質問がありますが、パッシブローパスフィルターとは何ですか?