Was ist ein Hochpassfilter?

"Ein Hochpassfilter ist das genaue Gegenteil der Tiefpassfilterschaltung, da die beiden Komponenten gegen das Filterausgangssignal ausgetauscht wurden, das jetzt über den Widerstand w entnommen wirdDa das Tiefpassfilter nur zuließ, dass Signale unter seinen Grenzfrequenzpunkt gelangen, lässt ƒc die passive Hochpassfilterschaltung, wie der Name schon sagt, nur Signale über dem ausgewählten Grenzwert durch, wobei ƒc alle Niederfrequenzsignale von eliminiert die Wellenform. ----- FMUSER"

Inhalt

1) Die Hochpassfilterschaltung

2) Frequenzgang eines Hochpassfilters 1. Ordnung

3) Grenzfrequenz und Phasenverschiebung

4) Beispiel Nr. 1 für Hochpassfilter

5) Hochpassfilter zweiter Ordnung

6) Zusammenfassung des Hochpassfilters

7) Der RC Differenzierer

Die Hochpassfilterschaltung

Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Reaktanz des Kondensators bei niedrigen Frequenzen sehr hoch, so dass der Kondensator wie ein offener Stromkreis wirkt und alle Eingangssignale an der Fahrgestellnummer blockiert, bis der Grenzfrequenzpunkt (ƒC) erreicht ist. 

Oberhalb dieses Grenzfrequenzpunkts hat sich die Reaktanz des Kondensators ausreichend verringert, um nun eher wie ein Kurzschluss zu wirken, so dass das gesamte Eingangssignal direkt zum Ausgang geleitet werden kann, wie unten in der Filterantwortkurve gezeigt.

Siehe auch: >> Was ist ein Tiefpassfilter und wie baut man einen Tiefpassfilter? 

Frequenzgang eines Hochpassfilters 1. Ordnung

Das Bode-Diagramm oder die Frequenzgangkurve oben für ein passives Hochpassfilter ist genau das Gegenteil von dem eines Tiefpassfilters. Hier wird das Signal bei niedrigen Frequenzen gedämpft oder gedämpft, wobei der Ausgang bei + 20 dB / Dekade (6 dB / Oktave) ansteigt, bis die Frequenz den Grenzpunkt (ƒc) erreicht, wo wiederum R = Xc ist. 

Es hat eine Antwortkurve, die sich von unendlich bis zur Grenzfrequenz erstreckt, wobei die Ausgangsspannungsamplitude 1 / √2 = 70.7% des Eingangssignalwerts oder -3 dB (20 log (Vout / Vin)) des Eingangs beträgt Wert.

Wir können auch sehen, dass der Phasenwinkel (Φ) des Ausgangssignals den des Eingangs FÜHRT und bei der Frequenz ƒc gleich + 45o ist. Die Frequenzgangkurve für dieses Filter impliziert, dass das Filter alle Signale bis ins Unendliche weiterleiten kann. In der Praxis erstreckt sich die Filterantwort jedoch nicht bis unendlich, sondern ist durch die elektrischen Eigenschaften der verwendeten Komponenten begrenzt.

Der Grenzfrequenzpunkt für ein Hochpassfilter erster Ordnung kann unter Verwendung der gleichen Gleichung wie die des Tiefpassfilters gefunden werden, aber die Gleichung für die Phasenverschiebung wird geringfügig modifiziert, um den positiven Phasenwinkel zu berücksichtigen, wie unten gezeigt.

Siehe auch: >>Wie entwerfe ich einen Tiefpassfilter – Subwoofer?

Grenzfrequenz und Phasenverschiebung

 

Die Schaltungsverstärkung Av, die als Vout / Vin (Größe) angegeben und berechnet wird als:

Beispiel Nr. 1 für Hochpassfilter
Berechnen Sie die Grenz- oder Haltepunktfrequenz (ƒc) für ein einfaches passives Hochpassfilter, das aus einem 82pF-Kondensator besteht, der in Reihe mit einem 240kΩ-Widerstand geschaltet ist.

Hochpassfilter zweiter Ordnung
Wie bei Tiefpassfiltern können Hochpassfilterstufen wie gezeigt zusammen kaskadiert werden, um ein Filter zweiter Ordnung (zweipolig) zu bilden.

 

Die obige Schaltung verwendet zwei Filter erster Ordnung, die miteinander verbunden oder kaskadiert sind, um ein zweipoliges Hochpassnetz zweiter oder zweiter Ordnung zu bilden. Dann kann eine Filterstufe erster Ordnung durch einfaches Verwenden eines zusätzlichen RC-Netzwerks in einen Typ zweiter Ordnung umgewandelt werden, genau wie für das Tiefpassfilter 2. Ordnung. Die resultierende Hochpassfilterschaltung zweiter Ordnung hat eine Steigung von 40 dB / Dekade (12 dB / Oktave).

Wie beim Tiefpassfilter wird die Grenzfrequenz ƒc sowohl von den Widerständen als auch von den Kondensatoren wie folgt bestimmt.

In der Praxis ist es schwierig, passive Filter zusammen zu kaskadieren, um Filter größerer Ordnung zu erzeugen, da die dynamische Impedanz jeder Filterreihenfolge das benachbarte Netzwerk beeinflusst. Um den Belastungseffekt zu verringern, können wir jedoch die Impedanz jeder folgenden Stufe 10x der vorherigen Stufe anpassen, also R2 = 10 * R1 und C2 = 1/10 von C1.

Siehe auch: >>Tiefpassfilter: Was Sie haben und was Sie damit machen! 

Zusammenfassung des Hochpassfilters
Wir haben gesehen, dass der passive Hochpassfilter genau das Gegenteil zum Tiefpassfilter ist. Dieser Filter hat keine Ausgangsspannung von DC (0 Hz) bis zu einem bestimmten Grenzfrequenzpunkt (ƒc). Dieser untere Grenzfrequenzpunkt beträgt 70.7% oder -3 dB (dB = -20 log VOUT / VIN) der durchgelassenen Spannungsverstärkung.

Der Frequenzbereich „unterhalb“ dieses Grenzwerts ƒc wird allgemein als Stoppband bezeichnet, während der Frequenzbereich „oberhalb“ dieses Grenzwerts allgemein als Durchlassbereich bezeichnet wird.

Die Grenzfrequenz, Eckfrequenz oder der -3dB-Punkt eines Hochpassfilters können mit der Standardformel ermittelt werden: ƒc = 1 / (2πRC). Der Phasenwinkel des resultierenden Ausgangssignals bei ƒc beträgt + 45o. Im Allgemeinen ist das Hochpassfilter aufgrund der höheren Betriebsfrequenzen weniger verzerrend als sein äquivalentes Tiefpassfilter.

Eine sehr häufige Anwendung dieser Art von passivem Filter ist in Audioverstärkern als Koppelkondensator zwischen zwei Audioverstärkerstufen und in Lautsprechersystemen, um die höherfrequenten Signale zu den kleineren Hochtönern zu leiten, während die Signale mit niedrigerem Bass blockiert werden oder sind Wird auch als Filter verwendet, um niederfrequentes Rauschen oder Verzerrungen vom Typ „Rumpeln“ zu reduzieren. 

Bei einer solchen Verwendung in Audioanwendungen wird der Hochpassfilter manchmal als "Tiefschnitt" - oder "Bassschnitt" -Filter bezeichnet.

Die Ausgangsspannung Vout hängt von der Zeitkonstante und der Frequenz des Eingangssignals ab, wie zuvor gesehen. Wenn ein sinusförmiges Wechselstromsignal an die Schaltung angelegt wird, verhält es sich wie ein einfaches Hochpassfilter 1. Ordnung. Wenn wir jedoch das Eingangssignal in das eines "Rechteckwellen" -förmigen Signals ändern, das einen nahezu vertikalen Stufeneingang hat, ändert sich die Reaktion der Schaltung dramatisch und erzeugt eine Schaltung, die allgemein als Differenzierer bekannt ist.

Siehe auch: >>Tutorial zu den Grundlagen des RF-Filters 

Der RC Differenzierer

Bisher wurde angenommen, dass die Eingangswellenform des Filters sinusförmig ist oder die einer Sinuswelle, die aus einem Grundsignal und einigen im Frequenzbereich arbeitenden Harmonischen besteht, was uns eine Frequenzbereichsantwort für das Filter gibt. Wenn wir den Hochpassfilter jedoch mit einem Rechteckwellensignal versorgen, das im Zeitbereich arbeitet und einen Impuls- oder Sprungantwort-Eingang liefert, besteht die Ausgangswellenform wie gezeigt aus Impulsen oder Spitzen von kurzer Dauer.

Die RC-Differenzierschaltung

Jeder Zyklus der Rechteckwellen-Eingangswellenform erzeugt zwei Spitzen am Ausgang, eine positive und eine negative, deren Amplitude gleich der des Eingangs ist. Die Abklingrate der Spitzen hängt von der Zeitkonstante, dem (RC) -Wert beider Komponenten (t = R x C) und dem Wert der Eingangsfrequenz ab. Die Ausgangsimpulse ähneln mit zunehmender Frequenz immer mehr der Form des Eingangssignals.

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