En este artículo, discutiremos algunos conceptos básicos relacionados con filtro de paso alto activo e intentaremos responder algunas preguntas en las siguientes secciones e intentaremos aprender sobre algunas aplicaciones importantes de los filtros de paso alto activos con ventaja.
- ¿Qué es un filtro de paso alto activo?
- Principio de funcionamiento de un HPF activo
- Respuesta de tiempo y respuesta de frecuencia
- Frecuencia de corte de un HPF activo
- ¿Qué es una función de transferencia para un HPF activo?
- Diseñe un HPF de orden activo de primer orden
- HPF activo de segundo orden
- Función de transferencia para HPF de segundo orden
- Ventajas del filtro de paso alto activo
- Aplicaciones de un HPF
- Preguntas frecuentes
Definición de filtro de paso alto activo:
Un filtro de paso alto activo no es más que un circuito que contiene un componente activo como un transistor, un amplificador operacional (op-amp), etc. Estos componentes se utilizan principalmente para un mejor rendimiento o una mejor amplificación.
¿Cuáles son los componentes de un filtro de paso alto activo?
Podemos hacer un filtro de paso alto activo agregando un amplificador operacional a través de un filtro de paso alto pasivo.
Para implicar simplicidad, efectividad en el tiempo y debido a las tecnologías en crecimiento, un diseño de amplificador operacional, generalmente, un amplificador operacional se utiliza para un diseño de filtro de paso alto activo.
En un filtro de paso alto activo, la limitación que tenemos es el ancho de banda del amplificador operacional. Significa que el amplificador operacional pasará la frecuencia de acuerdo con su ganancia y las características de bucle abierto del amplificador operacional.
Diagrama de circuito del filtro de paso alto activo:
Active High Pass FilterEn la figura anterior, la red CR realiza el filtrado y el amplificador operacional está conectado como seguidor de ganancia unitaria. La resistencia de retroalimentación, Rf, se incluye para minimizar la compensación de CC.
Aquí,
La voltaje a través de la resistencia R,
Dado que la ganancia del amplificador operacional es infinita, podemos derivar.
Dónde
= Ganancia de banda de paso del filtro de paso alto,
f = Frecuencia de la señal de entrada (Hz),
= frecuencia de corte del filtro de paso alto (Hz)
La magnitud de ganancia,
Y ángulo de fase (en grados),
Principio de funcionamiento de un filtro de paso alto activo:
Los filtros de primer orden son la forma más simple de cualquier filtro que contenga solo un componente reactivo, es decir, un capacitor, ya que también se usa en filtros pasivos. Para transformarlo en un filtro activo, se usa un amplificador operacional para la salida de un filtro pasivo.
Ahora, el amplificador operacional se usa para diferentes configuraciones. Cada configuración tiene atributos adicionales para el rendimiento del filtro.
Lo principal que se debe recordar es la tasa de caída de un filtro de primer orden. La tasa de caída es la tasa de cambio en la ganancia de un filtro en su banda de detención deseada. Nos muestra la inclinación de la curva y qué tan rápido tiende a aumentar el crecimiento con la frecuencia.
Los filtros de primer orden tienen una tasa de caída de 20dB / década or 6dB / octava.
Velocidad de caída = -20n dB / década = -6n dB / octava
Respuesta de tiempo y respuesta de frecuencia de un HPF activo
Para operar un filtro de paso alto, la verificación se puede hacer a partir de la ecuación de magnitud de ganancia de la siguiente manera:
A muy baja frecuencia, es decir., f <fc,
At f = fc,
At f >> fc,
El ancho de banda del filtro de paso alto activo muestra el valor de la frecuencia desde la cual se permite que pasen las señales. Como ejemplo, si el ancho de banda de ese filtro de paso alto se da como 50 kHz, eso significa que las únicas frecuencias desde 50 kHz hasta el infinito pueden pasar el rango de ancho de banda.
El ángulo de fase de la señal de salida es +450 en el corte frecuencia. La fórmula para calcular el desplazamiento de fase de un filtro de paso alto activo es
Ø = arctan (1 / 2πfRC)
Función de transferencia de filtro de paso alto activo
La impedancia del condensador cambia constantemente, por lo que los filtros electrónicos tienen una respuesta dependiente de la frecuencia.
La impedancia compleja de un capacitor se da como,
Donde, s = σ +jω, ω son los frecuencia angular en radianes por segundo.
La función de transferencia de un El circuito se puede encontrar utilizando el análisis de circuito estándar. técnicas tales como Ley de Ohm, Ley de Kirchoff, Teorema de superposición, etc.
La forma de un TF se deriva de la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada
La forma estándar de la función de transferencia es:
Dónde,
a1 = Amplitud de señal
ω0 = Frecuencia de corte angular
Frecuencia de corte:
¿Qué entendemos por frecuencia de corte?
Por frecuencia de corte, definimos la parte útil o esencial de un espectro. Es simplemente un nivel de frecuencia por encima o por debajo de un dispositivo o filtro que no puede responder o puede funcionar correctamente.
La frecuencia de corte para un filtro de paso alto activo es la frecuencia particular a la que el voltaje de carga (salida) es igual al 70.7% del voltaje de la fuente (entrada). El voltaje de origen o de salida es más significativo que el 70.7% del voltaje de entrada o de carga y viceversa.
La frecuencia de corte también indica las frecuencias a las que la potencia de la ruta de salida cae a la mitad de su valor máximo. Estos puntos de media potencia corresponden a una caída en la ganancia de 3dB (0.7071) relativo al valor máximo de dB.
Diseño de filtro de filtro de paso alto activo:
Para construir un filtro de paso alto activo, necesitamos implementar los siguientes pasos:
Un valor de la frecuencia de corte,
esta elegido.
Se selecciona un valor de la capacitancia C, normalmente entre 0.001 y 0.1 µF.
El valor de la resistencia R se calcula usando la relación,
Ahora, los valores de R1 Y Rf se seleccionan en función de la ganancia de banda de paso deseada, utilizando la relación,
Filtro de paso alto activo de segundo orden:
¿Qué es un filtro de segundo orden?
El retraso máximo en cada muestra utilizada en la generación de cada muestra de salida se denomina solicite de eso filtro particular.
Los filtros de segundo orden consisten principalmente en dos Filtro RC, que está conectado entre sí para proporcionar un -Tasa de caída de 40dB / década.
Donde la ganancia de CC del amplificador =
La función de transferencia de un filtro de paso alto activo de segundo orden se puede obtener de la función de transferencia del filtro de paso bajo mediante la transformación,
- Sustituyendo s = jω, la función de transferencia es,
En la ecuación anterior, cuando ωà0, |H (jω)|=0. Por tanto, la ganancia de baja frecuencia del filtro es cero.
Si lo comparamos con la función de transferencia de filtro de Butterworth, obtenemos
La respuesta de frecuencia de un filtro de paso alto activo de segundo orden se muestra en el diagrama anterior. Se observa que el filtro tiene una respuesta de caída muy brusca.
El procedimiento de diseño para un paso alto será el mismo que para un paso bajo.
La respuesta de frecuencia será máximamente plana, es decir, con una respuesta de atenuación muy aguda.
Ventajas de utilizar un filtro de paso alto activo:
Hay tantos beneficios vitales de un filtro de paso alto activo, algunos de ellos son:
- Siempre que haya una pequeña señal, se utiliza un filtro de paso alto activo para aumentar el factor de amplificación, que también aumenta la amplitud de esas pequeñas señales.
- Debido a la impedancia de entrada muy alta, los filtros de paso alto activos pueden transferir señales eficientes sin ninguna pérdida en ningún circuito anterior.
- Los filtros activos generalmente tienen una impedancia de salida muy baja, lo que es perfecto para transferir señales eficientes a su siguiente etapa, principalmente cuando se utilizan en diferentes filtros de múltiples etapas.
- Este tipo de filtros nos proporciona frecuencias suaves.
- Tienen una respuesta de caída brusca.
- Fuerte poder de transmisión a los receptores para seleccionar la frecuencia del canal deseada.
- Lo mejor para el procesamiento de audio en cualquier dispositivo eléctrico o electrónico.
- El HPF activo evita la amplificación de CC, etc.
Aplicación del filtro de paso alto activo:
- Para transmitir una frecuencia más alta en caso de filtros relacionados con el video.
- Usamos HPF como ecualizador de agudos.
- A menudo usamos HPF como filtro de refuerzo de agudos.
- Estamos cambiando la frecuencia en función de diferentes formas de onda.
- Los filtros de paso alto activos también se utilizan en osciloscopios.
- En el generador, se utilizan estos filtros.
Preguntas frecuentes
¿Dónde se utilizan los filtros de paso alto?
Los filtros de paso alto se utilizan en todas las fuentes de audio para eliminar el ruido no deseado que acecha por debajo de las frecuencias importantes.
Muchos sonidos no deseados pueden ocultarse por un núcleo más fuerte de una señal de tono alto y pueden pasarse por alto. No llegamos a escuchar el estruendo debido a los límites de audición, ya que las partes más bajas de los espectros están alrededor de 20-40 Hz. Los filtros de paso alto también eliminan esos ruidos o los reducen, lo que los hace casi silenciosos.
¿Puedo obtener la salida de un filtro de paso alto como fuente de energía?
Un filtro de paso alto es un filtro electrónico que pasa señales con frecuencias más altas que están por encima del rango de frecuencia de corte y también atenúa las frecuencias que están por debajo del rango de corte.
Ahora, la salida del filtro de paso alto específico no tiene voltaje CC (0Hz) debido a su frecuencia de corte especificada (fc). La frecuencia de corte más baja de un filtro de paso alto activo es 70.7% o -3dB (dB = -20log Vsalir/Vin) de la ganancia de voltaje que permite pasar también se puede utilizar como fuente de alimentación.
¿Qué significa la frecuencia de esquina con respecto al filtro de paso alto?
La frecuencia de esquina, que también se denomina frecuencia de corte, define una frecuencia específica en la que la atenuación de transferencia alcanza -3dB por debajo (50%) de la magnitud de 0dB o nivel de banda de paso.
Para leer más sobre electrónica haga clic aquí
Hola, soy Soumali Bhattacharya. He realizado el Máster en Electrónica.
Actualmente me dedico al campo de la Electrónica y la comunicación.
Mis artículos se centran en las principales áreas de la electrónica básica con un enfoque muy simple pero informativo.
Aprendo intensamente y trato de mantenerme actualizado con las últimas tecnologías en el campo de la electrónica.
Conectémonos a través de LinkedIn –
Hola compañero lector,
Somos un equipo pequeño en Techiescience y trabajamos duro entre los grandes jugadores. Si te gusta lo que ves, comparte nuestro contenido en las redes sociales. Su apoyo hace una gran diferencia. ¡Gracias!