एक उच्च पास फ़िल्टर क्या है? सर्किट आरेख, विशेषताएँ और अनुप्रयोग

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एक युग था जहां दूर स्थानों पर टेलीफोन कॉल करते समय, किसी को ट्रांसमीटर के बहुत करीब अपना मुंह रखना पड़ता था, बहुत धीरे और बहुत जोर से बोलता था ताकि संदेश दूसरे छोर पर व्यक्ति द्वारा स्पष्ट रूप से सुना जा सके। आज, हम उच्च-गुणवत्ता वाले प्रस्तावों के साथ दुनिया भर में वीडियो कॉल भी कर सकते हैं। प्रौद्योगिकी के इस तरह के जबरदस्त विकास का रहस्य निहित है विद्युतीय फिल्टर सिद्धांत तथा ट्रांसमिशन लाइन सिद्धांत । इलेक्ट्रिकल फिल्टर वे सर्किट होते हैं जो अन्य अवांछित आवृत्तियों को पूरा करते समय केवल आवृत्तियों के चयनित बैंड को पास करते हैं। ऐसे फ़िल्टर में से एक है उच्च पास फिल्टर

एक उच्च पास फ़िल्टर क्या है?

हाई पास फिल्टर की परिभाषा एक फिल्टर है जो केवल उन संकेतों को पार करता है जिनकी आवृत्तियों कटऑफ आवृत्तियों की तुलना में अधिक होती हैं, जिससे कम आवृत्तियों के संकेत मिलते हैं। कटऑफ आवृत्ति का मान फ़िल्टर के डिज़ाइन पर निर्भर करता है।




हाई पास फिल्टर सर्किट

बेसिक हाई पास फ़िल्टर की एक श्रृंखला कनेक्शन द्वारा बनाया गया है संधारित्र और रोकनेवाला । जबकि इनपुट सिग्नल पर लागू होता है संधारित्र आउटपुट तैयार है रोकनेवाला

हाई पास फिल्टर सर्किट

हाई पास फिल्टर सर्किट



इस सर्किट व्यवस्था में, संधारित्र में कम आवृत्तियों पर उच्च प्रतिक्रिया होती है इसलिए यह कट-फ्रीक्वेंसी signals fc ’तक पहुंचने तक कम-आवृत्ति इनपुट संकेतों के लिए एक खुले सर्किट के रूप में कार्य करता है। फ़िल्टर कटऑफ़ फ़्रीक्वेंसी स्तर से नीचे के सभी संकेतों को पूरा करता है। संधारित्र के कट ऑफ फ्रिक्वेंसी लेवल रिएक्शन के ऊपर की आवृत्ति कम हो जाती है और यह इन फ्रीक्वेंसी के शॉर्ट सर्किट के रूप में कार्य करता है, जिससे वे सीधे आउटपुट से गुजर सकते हैं।

निष्क्रिय आरसी हाई पास फ़िल्टर

ऊपर दिखाए गए हाई पास फिल्टर के रूप में भी जाना जाता है निष्क्रिय आरसी हाई पास फिल्टर जैसा कि सर्किट का उपयोग करके ही बनाया गया है निष्क्रिय तत्व । फ़िल्टर के काम के लिए बाहरी शक्ति लगाने की कोई आवश्यकता नहीं है। यहां संधारित्र प्रतिक्रियाशील तत्व है और आउटपुट प्रतिरोधक के पार खींचा जाता है।

हाई पास फिल्टर के लक्षण

जब हम बात करते हैं आपूर्ती बंद करने की आवृत्ति हम इस बिंदु को देखें फिल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया जहां लाभ सिग्नल के शिखर लाभ के 50% के बराबर है ।i.e शिखर लाभ का 3 डीबी। हाई पास फिल्टर में आवृत्तियों में वृद्धि के साथ लाभ बढ़ता है।


हाई पास फिल्टर फ्रीक्वेंसी कर्व

हाई पास फिल्टर फ्रीक्वेंसी कर्व

यह कटऑफ फ्रीक्वेंसी fc सर्किट के R और C मानों पर निर्भर करता है। यहाँ समय स्थिर Time = RC, कटऑफ आवृत्ति समय स्थिर के समानुपाती होती है।

कटऑफ आवृत्ति = 1 / 2CRC

सर्किट गेन द्वारा दिया जाता है एवी = वाउट / विन

।अर्थात। एवी = (वोट) / (वी में) = आर / R (आर)दो+ Xcदो) = आर / जेड

कम आवृत्ति पर एफ: Xc → ∞, वोट = 0

उच्च-आवृत्ति f पर: Xc → 0, Vout = Vin

हाई पास फिल्टर फ्रीक्वेंसी रिस्पांस या हाई पास फिल्टरकोड प्लॉट

हाई पास फिल्टर में, कटऑफ फ्रीक्वेंसी c fc ’के नीचे पड़ी सभी फ्रीक्वेंसी को अटेंड किया जाता है। इस कट ऑफ फ़्रीक्वेंसी पॉइंट पर हमें -3 ​​डीबी का लाभ मिलता है और इस बिंदु पर कैपेसिटर और रेसिस्टेंट वैल्यू की प्रतिक्रिया समान होती है। आर = एक्ससी। लाभ की गणना की जाती है

लाभ (dB) = 20 लॉग (Vout / Vin)

हाई पास फिल्टर कर्व का ढलान +20 d B / दशक है ।i.e कटऑफ़ फ़्रीक्वेंसी लेवल पास करने के बाद सर्किट की आउटपुट प्रतिक्रिया प्रति दशक +20 डीबी की दर से 0 से विन तक बढ़ जाती है जो कि ऑक्टेव में 6 डीबी वृद्धि है।

हाई पास फिल्टर फ्रीक्वेंसी रिस्पांस

हाई पास फिल्टर फ्रीक्वेंसी रिस्पांस

प्रारंभिक बिंदु से कटऑफ आवृत्ति बिंदु के क्षेत्र को स्टॉप बैंड के रूप में जाना जाता है क्योंकि किसी भी आवृत्तियों को पारित करने की अनुमति नहीं है। कटऑफ आवृत्ति बिंदु के ऊपर से क्षेत्र। यानी -3 डीबी बिंदु को कहा जाता है पासबैंड । कटऑफ फ्रीक्वेंसी पर, पॉइंट आउटपुट वोल्टेज का आयाम इनपुट वोल्टेज का 70.7% होगा।

यहाँ फिल्टर की बैंडविड्थ आवृत्ति के मूल्य को इंगित करता है जिसमें से संकेतों को पारित करने की अनुमति है। उदाहरण के लिए, यदि उच्च पास फिल्टर की बैंडविड्थ 50 kHz के रूप में दी गई है, तो इसका मतलब है कि 50 kHz से अनंत तक की केवल आवृत्तियों को पारित करने की अनुमति है।

आउटपुट सिग्नल का चरण कोण कट ऑफ आवृत्ति पर +450 है। उच्च पास फिल्टर की चरण पारी की गणना करने का सूत्र है

∅ = आर्कटिक an (1 / 2RfRC)

चरण शिफ्ट वक्र

चरण शिफ्ट वक्र

व्यावहारिक अनुप्रयोग में, फ़िल्टर की आउटपुट प्रतिक्रिया अनंत तक विस्तारित नहीं होती है। फ़िल्टर तत्वों की विद्युत विशेषता फ़िल्टर प्रतिक्रिया पर सीमा लागू करती है। फिल्टर घटकों के उचित चयन से, हम आवृत्तियों की सीमा को समायोजित किया जा सकता है, पास होने की सीमा आदि…

Op-Amp का उपयोग करके हाई पास फ़िल्टर

निष्क्रिय फिल्टर तत्वों के साथ इस उच्च पास फिल्टर में, हम जोड़ते हैं ऑप एंप सर्किट के लिए। एक अनंत आउटपुट प्रतिक्रिया प्राप्त करने के बजाय, यहां आउटपुट प्रतिक्रिया खुले लूप द्वारा सीमित है Op-amp की विशेषताएं । इसलिए यह फिल्टर एक के रूप में कार्य करता है बंदपास छननी एक कट ऑफ फ्रीक्वेंसी के साथ जिसे Op-amp की बैंडविड्थ और लाभ विशेषताओं द्वारा परिभाषित किया गया है।

Op-Amp का उपयोग करके हाई पास फ़िल्टर

Op-Amp का उपयोग करके हाई पास फ़िल्टर

Op-amp का ओपन लूप वोल्टेज लाभ, बैंडविड्थ की सीमा के रूप में कार्य करता है एम्पलीफायर । एम्पलीफायर का लाभ इनपुट आवृत्ति में वृद्धि के साथ 0 डीबी तक कम हो जाता है। सर्किट की प्रतिक्रिया निष्क्रिय हाई पास फिल्टर के समान है लेकिन यहाँ Op-amp का लाभ आउटपुट सिग्नल के आयाम को बढ़ाता है।

फ़िल्टर का लाभ नॉन इनवर्टिंग ओप-amp का उपयोग करके दिया गया है

एवी = वाउट / विन = (ऑफ (एफ / एफसी)) / 1 (1+ (एफ / एफसी) ^ 2)

जहाँ Af फ़िल्टर का पासबैंड लाभ है = 1+ (R2) / R1

एफ हर्ट्ज में इनपुट सिग्नल की आवृत्ति है

fc कट ऑफ फ्रीक्वेंसी है

जब कम सहिष्णुता प्रतिरोध और कैपेसिटर इन का उपयोग किया जाता है हाई पास सक्रिय फिल्टर अच्छी सटीकता और प्रदर्शन प्रदान करते हैं।

सक्रिय हाई पास फ़िल्टर

Op-amp का उपयोग करके हाई पास फ़िल्टर ए के रूप में भी जाना जाता है सक्रिय उच्च पास फिल्टर क्योंकि निष्क्रिय तत्वों के साथ संधारित्र और अवरोधक एक सक्रिय तत्व Op-amp का उपयोग सर्किट में किया जाता है । इस सक्रिय तत्व का उपयोग करके हम फिल्टर की कटऑफ आवृत्ति और आउटपुट प्रतिक्रिया रेंज को नियंत्रित कर सकते हैं।

दूसरा ऑर्डर हाई पास फिल्टर

अब तक हमने जिन फ़िल्टर सर्किटों को देखा था, वे सभी पहले उच्च श्रेणी के फ़िल्टर के रूप में माने जाते हैं। दूसरे क्रम में उच्च पास फिल्टर में, RC नेटवर्क का एक अतिरिक्त ब्लॉक जोड़ा जाता है पहला ऑर्डर हाई पास फिल्टर इनपुट पथ पर

दूसरा ऑर्डर हाई पास फिल्टर

दूसरे क्रम उच्च पास फिल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया पहले क्रम के उच्च पास फिल्टर के समान है। लेकिन दूसरे क्रम में हाई पास फिल्टर स्टॉप बैंड 40dB / Decade पर पहले ऑर्डर फिल्टर से दोगुना होगा। पहले और दूसरे क्रम के फिल्टर को कैस्केडिंग करके उच्च ऑर्डर फ़िल्टर का गठन किया जा सकता है। हालांकि ऑर्डर की कोई सीमा नहीं है, फ़िल्टर का आकार उनके ऑर्डर और सटीकता में गिरावट के साथ बढ़ता है। यदि उच्च क्रम में आर 1 = आर 2 = आर 2 = आर 3 आदि… और सी 1 = सी 2 = सी 3 = आदि… तो फिल्टर के आदेश की परवाह किए बिना कटऑफ आवृत्ति समान होगी।

दूसरा ऑर्डर हाई पास फिल्टर

दूसरा ऑर्डर हाई पास फिल्टर

दूसरे क्रम हाई कट एक्टिव फिल्टर की कटऑफ आवृत्ति के रूप में दी जा सकती है

fc = 1 / (2π√ (R3 R4 C1 C2))

उच्च पास फ़िल्टर स्थानांतरण समारोह

जैसा कि संधारित्र के प्रतिबाधा में अक्सर परिवर्तन होता है, इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर में आवृत्ति-निर्भर प्रतिक्रिया होती है।

संधारित्र के जटिल प्रतिबाधा के रूप में दिया गया है Zc = 1 / sC

जहाँ, s = σ + jω, ians प्रति सेकंड रेडियन में कोणीय आवृत्ति है

सर्किट के ट्रांसफर फ़ंक्शन को मानक सर्किट विश्लेषण तकनीकों जैसे कि का उपयोग करके पाया जा सकता है ओम का नियम , किरचॉफ के नियम , superposition आदि एक ट्रांसफर फ़ंक्शन का मूल रूप समीकरण द्वारा दिया गया है

H (s) = (am s ^ m + a (m-1) s ^ (m-1) + ⋯ + a0) / (bn s ^ n + b (n-1) s ^ (n-1) + 0 + b0)

फ़िल्टर का क्रम हर की डिग्री से जाना जाता है। डंडे और शून्य सर्किट को समीकरण की जड़ों को हल करके निकाला जाता है। फ़ंक्शन में वास्तविक या जटिल जड़ें हो सकती हैं। जिस तरह से इन जड़ों को एस प्लेन पर प्लॉट किया जाता है, जहां ω को क्षैतिज अक्ष द्वारा दर्शाया जाता है और rev को ऊर्ध्वाधर अक्ष द्वारा निरूपित किया जाता है, सर्किट के बारे में बहुत सारी जानकारी को प्रकट करता है। उच्च पास फिल्टर के लिए, एक शून्य मूल पर स्थित है।

H (j-) = Vout / Vin = (-Z2 (j))) / (Z1 (jω))

= - R2 / (R1 + 1 / j R2C)

= -R2 / R1 (1 / (1+ 1 / (j1R1 C))

यहाँ H (when) = R2 / R1, ω → = होने पर लाभ

τ = R1 C और ωc = 1 / (।) .i.e ωc = 1 / (R1C) कट-ऑफ फ्रीक्वेंसी है

इस प्रकार उच्च पास फिल्टर के हस्तांतरण समारोह द्वारा दिया जाता है H (j () = - H (∞) (1 / (1+ 1 / j)))

= - एच (-) (1 / (1- (j )c) /)))

जब इनपुट आवृत्ति कम होती है तो Z1 (jω) बड़ा होता है, इसलिए आउटपुट प्रतिक्रिया कम होती है।

H (j∞) = (- H (ω)) / 1 (1+ (ωc / ω) ^ 2) = 0 जब ω = 0 H (∞) / when2 जब ω = =_c

और एच (H) जब ∞ = ∞। यहां नकारात्मक संकेत चरण बदलाव को इंगित करता है।

जब R1 = R2, s = jω और H (0) = 1

तो, हाई पास फ़िल्टर एच (j =) = j (/ (jω + ω_c) के हस्तांतरण समारोह

हाई पास फिल्टर के लायक मक्खन

अवांछित आवृत्तियों को खारिज करने के अलावा, एक आदर्श फ़िल्टर में वांछित आवृत्तियों के लिए एक समान संवेदनशीलता भी होनी चाहिए। इस तरह का एक आदर्श फिल्टर अव्यावहारिक है। लेकिन स्टीफन बटर ने अपने पेपर 'फिल्टर एम्पलीफायरों के सिद्धांत पर' में दिखाया कि इस प्रकार के फिल्टर को सही परिमाण के फिल्टर तत्वों की संख्या बढ़ाकर प्राप्त किया जा सकता है।

मक्खन के लायक फिल्टर इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि यह फिल्टर के पासबैंड में फ्लैट आवृत्ति प्रतिक्रिया देता है और स्टॉप बैंड में शून्य की ओर घटता है। का एक मूल प्रोटोटाइप मक्खन के लायक फिल्टर है कम पास डिजाइन लेकिन संशोधनों के द्वारा उच्च पास और बैंड पास फिल्टर बनाया जा सकता है।

जैसा कि हमने पहले ऑर्डर के लिए ऊपर देखा है हाई पास फिल्टर यूनिट का लाभ है H (jω) = jω / (jω + c_c)

N इस तरह के फिल्टर के लिए श्रृंखला में H (jω) = (jω / (jω + c_c)) ^ n जिस पर हल करना बराबर है

‘N 'पास बैंड और स्टॉप बैंड के बीच संक्रमण के क्रम को नियंत्रित करता है। इसलिए उच्चतर क्रम, तेजी से संक्रमण को बढ़ाता है, इसलिए n = filter मक्खन के लायक फिल्टर एक आदर्श हाई पास फिल्टर बन जाता है।

सादगी के लिए इस फिल्टर के कार्यान्वयन के दौरान हम 1c = 1 पर विचार करते हैं और स्थानांतरण फ़ंक्शन को हल करते हैं

के लिये s = ji .i.e। H (s) = s / (s + =c) = s / (s + 1) आदेश 1 के लिए:

H (s) = s ^ 2 / (s ^ 2 + (s + (2c ^ 2) आदेश 2 के लिए

इसलिए हाई पास फिल्टर में कैस्केड का स्थानांतरण कार्य है

हाई पास फिल्टर के लायक मक्खन का बोड प्लॉट

हाई पास फिल्टर के लायक मक्खन का बोड प्लॉट

उच्च पास फ़िल्टर के अनुप्रयोग

उच्च पास फिल्टर अनुप्रयोगों में मुख्य रूप से निम्नलिखित शामिल हैं।

  • ये फिल्टर प्रवर्धन के लिए वक्ताओं में उपयोग किए जाते हैं।
  • श्रव्य सीमा के निचले छोर के पास अवांछित ध्वनियों को हटाने के लिए उच्च पास फिल्टर का उपयोग किया जाता है।
  • के प्रवर्धन को रोकने के लिए दिष्ट विद्युत धारा एम्पलीफायर को नुकसान पहुंचा सकता है, एसी-कपलिंग के लिए उच्च पास फिल्टर का उपयोग किया जाता है।
  • में हाई पास फिल्टर इमेज प्रोसेसिंग : विवरण को तेज करने के लिए इमेज प्रोसेसिंग में उच्च पास फिल्टर का उपयोग किया जाता है। एक छवि पर इन फ़िल्टर को लागू करके हम एक छवि में विवरण के हर छोटे हिस्से को अतिरंजित कर सकते हैं। लेकिन अधिकता छवि को नुकसान पहुंचा सकती है क्योंकि ये फ़िल्टर छवि में शोर को बढ़ाते हैं।

स्थिर और आदर्श परिणाम प्राप्त करने के लिए इन फ़िल्टर के डिज़ाइन में अभी भी बहुत सारे विकास किए जाने हैं। इन सरल उपकरणों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं विभिन्न नियंत्रण प्रणाली , स्वचालित प्रणाली, छवि और ऑडियो प्रसंस्करण। का कौन सा आवेदन उच्च पास फिल्टर क्या तुम भर आए हो?