A filtro passa-alta é um filtro eletrônico que permite sinais com uma frequência mais alta do que uma determinada frequência de corte e atenua sinais em frequências mais baixas do que essa frequência de corte. Este filtro é inverso ao filtro passa-baixo e também é conhecido como HPF, filtro de corte de graves ou filtro de corte de graves. A combinação de filtro passa-baixo e o filtro passa-alta é conhecido como filtro passa-banda, que permite apenas frequências em uma faixa específica. Existem diferentes tipos de filtros passa-alta com base no projeto do circuito, bem como nos componentes utilizados para projetar um filtro semelhante; filtro passa-alta ativo, HPF passivo, RC HPF, HPF de primeira ordem, HPF de segunda ordem, Butterworth , filtros passa-alta Chebyshev e Bessel. Este artigo explica brevemente um filtro passa-alta passivo, seu circuito, funcionamento, tipos e aplicações.
O que é um filtro passa-altas passivo?
Um tipo de filtro eletrônico usado para permitir a passagem de sinais de alta frequência apenas enquanto bloqueia sinais de baixa frequência é conhecido como filtro passa-alta passivo. Este filtro também é conhecido como filtro passivo porque não necessita de fonte de alimentação externa para funcionar e também depende exclusivamente da energia do sinal de entrada.
Este filtro foi projetado com componentes passivos como; resistores, indutores e capacitores. Esses valores de componentes simplesmente decidem a frequência de corte do filtro, onde esta frequência está abaixo dos sinais que estão bloqueados ou atenuados.
Circuito de filtro passa-alta passivo
O circuito de projeto do filtro passa-alta passivo é mostrado abaixo, que usa um resistor e um capacitor. Este circuito é semelhante ao LPF passivo, mas o resistor e o capacitor são simplesmente trocados dentro do circuito. O capacitor em um circuito de filtro passa-alta passivo é conectado simplesmente em série pelo resistor. Geralmente, quando um sinal de entrada é fornecido à combinação em série de um capacitor e resistor não polarizado, a saída filtrada está disponível ou é transmitida através do resistor.
Este filtro simplesmente permite as frequências mais altas e bloqueia os sinais de frequência mais baixas. O valor da frequência de corte depende principalmente dos valores dos componentes selecionados para o projeto do circuito. Esses filtros têm diversas aplicações na faixa de alta frequência de 10 MHz. Devido ao intercâmbio de componentes dentro deste circuito, as respostas do capacitor entregue mudarão, sendo exatamente opostas à resposta do filtro passa-baixa.
O capacitor neste circuito em baixas frequências funciona como um circuito aberto e em frequências mais altas; funciona como um curto-circuito. Neste circuito, o capacitor bloqueia as frequências mais baixas que entram no capacitor devido à reatância capacitiva do capacitor.
O capacitor se opõe a alguma quantidade de corrente neste circuito para se ligar na faixa de capacitância do capacitor. Assim, o capacitor após a frequência de corte permite todas as frequências devido ao valor de redução da reatância capacitiva. Portanto, isso faz com que este circuito de filtro passe todo o sinal de entrada para a saída sempre que a frequência do sinal de entrada for maior em comparação com a frequência de corte ‘fc’.
O valor da reatância aumenta em frequências mais baixas e a capacidade de resistir ao fluxo de corrente através do capacitor é aumentada. A banda de frequência abaixo da frequência de corte é chamada de ‘Banda de parada’ e a banda de frequência após a frequência de corte é chamada de ‘Banda de passagem’.
Frequência de corte
A fórmula para a frequência de corte do filtro passa-alta passivo é mostrada abaixo. Esta fórmula é semelhante ao filtro passa-baixa.
Fc = 1/2πRC
Onde 'R' está resistência & 'C' é capacitância.
Ângulo de fase do filtro passa-alta passivo
O ângulo de fase do HPF passivo é denotado com φ (Phi), que será +45 na saída a partir do sinal i/p em -3dB (ou) Frequência de corte.
De acordo com a resposta de frequência do filtro, ele passa todos os sinais acima da frequência de corte até o infinito. A fórmula de mudança de fase não é semelhante a um filtro passa-baixa porque, neste filtro, a fase se tornará negativa, embora em HPF seja uma mudança de fase positiva, portanto a fórmula do ângulo de fase é;
Mudança de fase (φ) = arctan (1/2πfRC)
Tempo constante
O capacitor no circuito obtém um efeito de carga e descarga das frequências do sinal de entrada, conhecido como Constante de Tempo, que é denotado por τ (Tau). A constante de tempo também está relacionada à frequência de corte.
τ = RC = 1 / 2πfc
Às vezes, sempre que temos o valor da constante de tempo, temos que saber a frequência de corte, então alterando a fórmula podemos obter a equação abaixo.
fc = 1/2πRC
Sabemos que τ = RC
Portanto, a equação acima se tornará fc = 1/2πτ.
Exemplo
O circuito de filtro passa-alta ativo usando um resistor de 330k e um capacitor de 100pF é mostrado abaixo. Calcule a frequência de corte.
A fórmula para calcular a frequência de corte é mostrada abaixo.
Frequência de corte fc = 1/2πfC
Sabemos que os valores do resistor 330k e do capacitor 100pF, substitua esses valores na equação acima.
Frequência de corte fc = 1/2 x 3,14 x 330000 x 100 x 10 ^ -12.
fc = 4825 Hz (ou) 4,825 Khz.
Função de transferência de filtro passa-alto passivo
A função de transferência explica a principal relação entre os sinais de entrada e saída do filtro passa-alta passivo. Portanto, a função de transferência do cálculo passivo do HPF é discutida abaixo.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Vo = É
Sexta/Sexta
IR/I (R + 1/jωC)
Vo/ Vin = RjωC / R jωC + 1)
Tome RC = 1/ωC
Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
A equação acima é uma função de transferência de filtro passa-alta passiva. Assim, o ganho de tensão em cada valor ‘ω’ de um filtro pode ser medido com a equação acima.
Tipos de filtros passa-alta passivos
Existem dois tipos de filtros passa-alta passivos; HPF passivo de primeira ordem e HPF passivo de segunda ordem, que são discutidos abaixo.
HPF passivo de primeira ordem
O circuito de filtro passa-alta passivo de primeira ordem é mostrado abaixo. Este circuito pode ser projetado com apenas um componente reativo com resistor. Este circuito de filtro bloqueia sinais de baixa frequência, mas permite sinais de alta frequência acima do valor definido. Este circuito usa componentes passivos e não precisa de nenhuma fonte de alimentação externa. Sempre que um sinal de entrada é fornecido a esta combinação em série de capacitor e resistor, a saída filtrada será obtida através do resistor.
A fórmula da frequência de corte para HPS passivo de primeira ordem é a mesma do filtro passa-baixa passivo mostrado abaixo.
fc = 1/2πRC
HPF passivo de segunda ordem
O circuito de filtro passa-alta passivo de segunda ordem é mostrado abaixo. Este circuito de filtro é projetado conectando em cascata dois HPFs de primeira ordem. Este circuito usa dois componentes reativos dois capacitores e dois resistores que tornam o circuito do filtro de segunda ordem. Portanto, o desempenho deste filtro de dois estágios é equivalente a um filtro de estágio único, embora a inclinação deste filtro possa ser obtida em -40 dB/década devido à variação na frequência de corte.
Este filtro é muito eficiente em comparação com um filtro de estágio único porque inclui dois pontos de armazenamento. Portanto, a frequência de corte para um filtro de dois estágios depende principalmente dos dois capacitores e dois resistores valores que são dados como;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2))Hz
Formulários
O aplicações de filtros passa-alta passivos inclui o seguinte.
- Um filtro passa-alto passivo é um filtro que bloqueia as frequências baixas, mas passa as frequências altas acima do valor predeterminado.
- Filtros passa-alta passivos são usados em equalizadores e receptores de áudio.
- Eles são usados em sistemas de controle de música e modulação de frequência .
- Eles são usados em geradores de função, geradores de pulso, geradores de rampa a passo, CROs, CRTs, etc.
- Esses filtros são usados normalmente no processamento de áudio para remover ruídos de baixa frequência em amplificadores de áudio onde frequências máximas são necessárias.
- Esses filtros são usados frequentemente em HPFs para aprimorar as bordas, bem como outros componentes de alta frequência em imagens digitais.
- Eles são usados em diferentes aplicações industriais e também científicas como; análise sísmica e sistemas de radar e no campo biomédico para compreender ECGs.
- Esses tipos de filtros são ferramentas cruciais em eletrônica e processamento de sinais para permitir que sinais de alta frequência permitam e bloqueiem sinais baseados em baixa frequência.
Portanto, esta é uma visão geral de um passivo filtro passa-alta, circuitos, funcionando , tipos e suas aplicações. Um circuito de filtro é projetado apenas com componentes passivos como; resistor e capacitor. Esses filtros não necessitam de nenhuma fonte externa, portanto não possuem ganho, o que significa que a amplitude do sinal de saída é sempre equivalente ou inferior à amplitude do sinal de entrada. Esses designs de filtros são extremamente simples e os componentes usados para fabricá-los também são muito baratos. Aqui vai uma pergunta para você: o que é um filtro passa-baixo passivo?
