Bộ LọcĐiện Tử Cơ Bản

Mạch lọc thông cao là gì ?

Nếu bạn muốn loại bỏ một số nhiễu ở tần số thấp hoặc bạn đang cố gắng thu được nhiều âm bổng hơn vậy thì Chúng ta cùng nhau tìm hiểu với hocdientu !

  • Mạch lọc thông cao là gì ;
  • Các loại mạch lọc thông cao khác nhau;
  • Mạch lọc thông cao thụ động và Mạch lọc thông cao tích cực ;
  • Cách phân biệt Mạch lọc thông cao và thông thấp ;
  • Các tụ điện có thể được sử dụng như thế nào trong các Mạch lọc thông cao.

Mạch lọc thông cao là gì ?

Mạch lọc thông cao là một mạch điện tử loại bỏ các thành phần tần số thấp khỏi một tín hiệu AC nhất định. Nói cách khác, nó chặn các tần số thấp và cho phép các tần số cao đi qua nó. Đó là lý do tại sao chúng tôi gọi nó là “Mạch lọc thông cao” .

Điều này có ý nghĩa gì trong thực tế? Hãy xem biểu đồ Bode cho các Mạch lọc thông cao bên dưới.

Bộ lọc thông cao là gì ?
Mạch lọc thông cao là gì ?

Biểu đồ Bode (đáp ứng tần số) của Mạch lọc thông cao. Đường màu xanh lam đại diện cho một bộ lọc lý tưởng, trong khi đường màu đỏ đại diện cho một bộ lọc thực.
Biểu đồ Bode (như biểu đồ ở trên) minh họa đáp ứng tần số của mạch , là một từ khác để chỉ cách nó khuếch đại tín hiệu của các tần số nhất định và làm giảm tín hiệu của các tần số khác. Đáp ứng tần số của Mạch lọc thông cao ngăn chặn các tín hiệu tần số thấp, mà chúng ta có thể thấy tất cả các tín hiệu f=fc . Tần số đó được gọi là tần số cắt và nó là thứ xác định bất kỳ Mạch lọc thông cao nào:

  • Các tần số bên dưới fc được tắt dần
  • Tần số trên fcđược để nguyên.

💡 Biểu đồ Bode ở trên có hai dòng, một dòng đại diện cho bộ lọc lý thuyết lý tưởng và một dòng đại diện cho bộ lọc trong thực tế . Bộ lọc lý tưởng sẽ dốc thẳng xuống tại . Đối với các bộ lọc thực tế, tần số cắt là tần số tại đó tín hiệu bị cản trở .

Độ dốc mà tại đó đáp tuyến tần số giảm xuống đối với các tần số ngày càng thấp là . Điều này có nghĩa là mỗi khi tần số giảm đi một phần 10, thì biên độ sẽ giảm đi 20 decibel . Độ dốc này thậm chí còn dốc hơn nếu thứ tự của bộ lọc được tăng lên: bộ lọc bậc nhất có độ dốc 20 decibel, bộ lọc bậc hai có độ dốc 40 decibel, bộ lọc bậc ba giảm dần ở 60, v.v.

Tín hiệu trong thực tế hiếm khi chỉ bao gồm một tần số và đó là một phần lý do tại sao chúng ta cần các Mạch lọc thông cao trong các mạch xử lý tín hiệu. Dưới đây là cách Mạch lọc thông cao ảnh hưởng đến các tín hiệu có nhiều hơn một tần số:

dạng sóng đầu vào và đầu ra của bộ lọc thông cao
dạng sóng đầu vào và đầu ra của Mạch lọc thông cao

Bộ lọc thông cao có thể được coi là một hệ thống loại bỏ các thành phần tần số thấp khỏi tín hiệu đầu vào, chỉ để lại các thành phần tần số cao .
Có hai mục chính của Mạch lọc thông cao:

  • Mạch lọc thông cao thụ động chỉ sử dụng các thành phần thụ động (là điện trở , tụ điện và cuộn cảm). Hai Mạch lọc thông cao thụ động phổ biến là bộ lọc thông cao RC và bộ lọc thông cao RL .
  • Mạch lọc thông cao tích cực sử dụng một số thành phần tích cực, thường là bộ khuếch đại thuật toán (hoặc “op-amp”). Nhờ đọ lợi có thể điều chỉnh của chúng, chúng có thể được sửa đổi nhiều hơn các bộ lọc thụ động.

Mạch lọc thông cao RC

Bộ lọc thông cao RC bao gồm một điện trở và một tụ điện trong cấu hình được hiển thị bên dưới.

Bộ lọc thông cao RC
Mạch lọc thông cao RC

Nó có lẽ là Mạch lọc thông cao cơ bản nhưng nổi tiếng nhất, một phần nhờ vào công thức dễ dàng cho tần số cắt của nó :

Mạch lọc thông cao RC hoạt động nhờ vào tụ điện của nó. Trở kháng của tụ điện Zc giảm theo tần số , làm cho nó hoạt động giống như ngắn mạch đối với tín hiệu tần số cao. Ngược lại, một tụ điện hoạt động như một mạch hở đối với tần số thấp.

Nhờ trở kháng phụ thuộc tần số này, chúng ta có thể sử dụng tụ điện cho các Mạch lọc thông cao.

Mạch lọc thông cao RL

Bộ lọc thông cao RL sử dụng cuộn cảm và điện trở trong cấu hình bên dưới:

Bộ lọc thông cao RL
Mạch lọc thông cao RL

Tần số cắt của nó cũng rất đơn giản để tính toán:

Một cuộn cảm L hoạt động theo cách ngược lại với tụ điện: Một cuộn cảm trở thành ngắn mạch đối với tín hiệu tần số thấp và mạch hở đối với tần số cao . Do đó, bất kỳ thành phần tần số thấp nào của Vin đi qua cuộn cảm, nhưng các thành phần tần số cao bị chặn. Thay vào đó, các thành phần tần số cao phải di chuyển qua tải tại Vout . Đây là phương trình cho trở kháng của cuộn cảm:

Mạch lọc thông cao op-amp Đảo

Mạch lọc thông cao op-amp đảo là bộ lọc tích cực kết hợp với bộ khuếch đại thuật toán (op-amp). Op-amp phản hồi với điện trở phản hồi , với Mạch lọc thông cao được thực hiện bởi tụ điện . Nó được thiết kế như sau:

Mạch lọc thông cao op-amp Đảo

Tần số cắt của nó được tính giống như của bộ lọc RC nhưng với điện trở phản hồi .

Và Độ lợi G được giới thiệu bởi op-amp được tính toán với :

Dấu trừ trong phương trình có nghĩa là chúng ta đang đảo tín hiệu quanh trục thời gian, hay nói về mặt kỹ thuật hơn, chúng ta đang chuyển pha 180 ° .

Mạch lọc thông cao op-amp không đảo

Mạch lọc thông cao op-amp không đảo phức tạp hơn so với người anh em của nó, nhưng nó có đặc tính hữu ích là không đảo đầu vào . Chúng tôi kết nối Mạch lọc thông cao RC với đầu vào âm của op-amp và tạo vòng phản hồi giữa đầu ra của op-amp Vin và đầu vào dương của op-amp. Xem sơ đồ mạch của nó bên dưới:

Mạch lọc thông cao op-amp không đảo

Bởi vì quá trình lọc duy nhất được thực hiện bởi mạch RC thụ động tại Vin, chúng tôi có thể tính toán tần số cắt của bộ lọc bằng cách:

Và chúng tôi có thể tính toán G từ Vin đến Vout

Lưu ý rằng là dương

Câu hỏi thường gặp

Cần những thành phần nào cho Mạch lọc thông cao 1 kHz?

Để xây dựng Mạch lọc thông cao RC với tần số cắt 1 kHz , sử dụng điện trở 3,3kΩ và tụ điện 47nF . Một mạch lọc thông cao như vậy sẽ có tần số cắt chính xác.

c = 1 / (2π × 3,3 kΩ × 47 nF) = 1,0261 kHz

Hãy nhớ lưu ý đến dung sai của các bộ phận – hãy cân nhắc việc đo chúng bằng đồng hồ vạn năng!

Làm cách nào để phân biệt Mạch lọc thông cao với bộ lọc thông thấp?

Bạn có thể phân biệt Mạch lọc thông cao và lọc thông thấp theo một số cách.

  1. Phân tích mạch điện. Sử dụng các kỹ thuật như biến đổi Laplacian, tính toán trở kháng phụ thuộc vào tần số của từng thành phần và xác định đáp ứng tần số của bộ lọc.
  2. Kiểm tra nó bằng các tín hiệu. Nạp các dạng sóng có tần số khác nhau vào mạch và theo dõi biên độ ở các đầu ra.
  3. So sánh mạch với các bố trí bộ lọc đã biết. Nếu bạn thấy mạch của mình phù hợp với thiết kế bộ lọc nổi tiếng, bạn có thể đoán nó là loại bộ lọc nào.

Làm cách nào để tạo Mạch lọc thông cao?

Để tạo Mạch lọc thông cao , hãy làm theo các bước đơn giản sau:

  1. Chọn loại bộ lọc phù hợp (RC, RL, op-amp, v.v.).
  2. Xác định tần số cắt mong muốn của bạn , f c .
  3. Tính giá trị của các thành phần dựa trên các lựa chọn trên. Các phương trình phụ thuộc vào loại bộ lọc bạn đã chọn.

Đỗ Thủy Học Điện Tử

Tôi một người đam mê cung cấp kiến thức cuộc sống và kiến thức giáo dục văn học , vật lý , điện tử đến cho mọi người hãy cùng tôi tiếp nhận kiến thức mới nhé !

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button