مرشح التمرير العالي السلبي: الدائرة، العمل، الأنواع، وظيفة النقل وتطبيقاتها

أ مرشح دقيق هو مرشح إلكتروني يسمح بإشارات ذات تردد أعلى من تردد قطع معين ويخفف الإشارات بترددات أقل من تردد القطع هذا. هذا الفلتر هو عكس مرشح التمرير المنخفض ويعرف أيضًا باسم HPF أو مرشح القطع الجهير أو مرشح القطع المنخفض. مزيج من مرشح تمرير منخفض ويُعرف مرشح التمرير العالي بمرشح تمرير النطاق الذي يسمح فقط بالترددات في نطاق معين. هناك أنواع مختلفة من مرشحات التمرير العالي بناءً على تصميم الدائرة بالإضافة إلى المكونات المستخدمة لتصميم مرشح مثل؛ مرشح تمرير عالي نشط، HPF سلبي، RC HPF، HPF من الدرجة الأولى، HPF من الدرجة الثانية، بتروورث ومرشحات تمرير عالية تشيبيشيف وبيسل. تشرح هذه المقالة بإيجاز مرشح التمرير العالي السلبي ودائرته وعمله وأنواعه وتطبيقاته.

ما هو مرشح التمرير العالي السلبي؟

يُعرف نوع المرشح الإلكتروني المستخدم للسماح بمرور الإشارات عالية التردد فقط أثناء حجب الإشارات منخفضة التردد باسم مرشح التمرير العالي السلبي. يُعرف هذا الفلتر أيضًا باسم الفلتر السلبي لأنه لا يحتاج إلى مصدر طاقة خارجي للتشغيل ويعتمد أيضًا بشكل حصري على طاقة الإشارة الواردة.

تم تصميم هذا الفلتر بمكونات سلبية مثل؛ المقاومات والمحاثات والمكثفات. تحدد قيم المكونات هذه ببساطة تردد القطع للمرشح، حيث يكون هذا التردد أقل من الإشارات المحظورة أو الموهنة.

دائرة مرشح التمرير العالي السلبي

تظهر أدناه دائرة تصميم مرشح التمرير العالي السلبي والتي تستخدم مقاومًا ومكثفًا. هذه الدائرة تشبه LPF السلبي ولكن يتم ببساطة تبادل المقاوم والمكثف داخل الدائرة. يتم توصيل المكثف الموجود في دائرة مرشح التمرير العالي السلبي ببساطة على التوالي بواسطة المقاومة. بشكل عام، عندما يتم توفير إشارة دخل إلى مجموعة متوالية من مكثف ومقاوم غير مستقطبين، يكون الخرج المفلتر متاحًا أو مرسومًا عبر المقاومة.

يسمح هذا الفلتر ببساطة بالترددات الأعلى ويحجب إشارات التردد المنخفض. تعتمد قيمة تردد القطع بشكل أساسي على قيم المكونات المختارة لتصميم الدائرة. تحتوي هذه المرشحات على العديد من التطبيقات في نطاق التردد العالي 10 ميجاهرتز. بسبب تبادل المكونات داخل هذه الدائرة، فإن استجابات المكثف التي يتم توصيلها سوف تتغير والتي تكون معاكسة تمامًا لاستجابة مرشح التمرير المنخفض.

يعمل المكثف الموجود في هذه الدائرة عند الترددات المنخفضة مثل الدائرة المفتوحة وعند الترددات الأعلى؛ انها بمثابة ماس كهربائى. في هذه الدائرة، يقوم المكثف بحجب الترددات المنخفضة التي تدخل إلى المكثف بسبب المفاعلة السعوية للمكثف.

يقاوم المكثف مقدارًا معينًا من التيار في هذه الدائرة للربط في نطاق سعة المكثف. لذا فإن المكثف بعد تردد القطع يسمح بجميع الترددات بسبب قيمة تقليل المفاعلة السعوية. وهذا يجعل دائرة التصفية هذه تمرر إشارة الإدخال بأكملها إلى الإخراج عندما يكون تردد إشارة الإدخال أعلى مقارنة بتردد القطع 'fc'.

تزداد قيمة المفاعلة عند الترددات المنخفضة ثم تتعزز القدرة على مقاومة تدفق التيار في جميع أنحاء المكثف. يُطلق على نطاق التردد الموجود أسفل تردد القطع اسم 'نطاق التوقف' ويسمى نطاق التردد بعد تردد القطع 'نطاق التمرير'.

تردد القطع

تظهر أدناه صيغة تردد القطع لمرشح التمرير العالي السلبي. تشبه هذه الصيغة مرشح الترددات المنخفضة.

Fc = 1 / 2πRC

حيث يوجد 'R'. مقاومة & 'C' هي السعة.

زاوية الطور لمرشح التمرير العالي السلبي

تتم الإشارة إلى زاوية الطور لـ HPF المنفعل بـ φ (Phi) والتي ستكون +45 عند الخرج اعتبارًا من إشارة i/p عند -3dB (أو) تردد القطع.

وفقا لاستجابة تردد المرشح، فإنه يمرر جميع الإشارات عبر تردد القطع إلى ما لا نهاية. لا تشبه صيغة تحول الطور مرشح التمرير المنخفض لأنه في هذا المرشح، سيصبح الطور سلبيًا، على الرغم من أنه في HPF يكون تحول طور إيجابي، وبالتالي فإن صيغة زاوية الطور هي؛

تحول الطور (φ) = القطب الشمالي (1/2πfRC)

ثابت الزمن

يحصل المكثف الموجود في الدائرة على تأثير الشحن والتفريغ من ترددات إشارة الدخل المعروف باسم الثابت الزمني والذي يُشار إليه بـ τ (Tau). ويرتبط ثابت الوقت أيضًا بتردد القطع.

τ = RC = 1 / 2πfc

في بعض الأحيان عندما يكون لدينا قيمة ثابتة للوقت، علينا أن نعرف تردد القطع، لذلك من خلال تغيير الصيغة يمكننا الحصول على المعادلة أدناه.

FC = 1 / 2πRC

نحن نعلم أن τ = RC

إذن المعادلة أعلاه ستصبح fc = 1 / 2πτ.

مثال

تظهر أدناه دائرة مرشح التمرير العالي النشطة باستخدام مقاومة 330 كيلو ومكثف 100pF. احسب تردد القطع

تظهر أدناه صيغة حساب تردد القطع.

تردد القطع fc = 1/2πfC

نحن نعلم أن قيم المقاوم 330k والمكثف 100pF، تعوض بهذه القيم في المعادلة أعلاه.

تردد القطع fc = 1/2 x 3.14 x 330000 x 100 x 10^-12.

fc = 4825 هرتز (أو) 4.825 كيلو هرتز.

وظيفة نقل مرشح التمرير العالي السلبي

تشرح وظيفة النقل العلاقة الرئيسية بين إشارات الإدخال والإخراج لمرشح التمرير العالي السلبي. لذلك، تمت مناقشة وظيفة النقل لحساب HPF السلبي أدناه.

فين = إيز

فين = أنا (R + 1/jωC)

فو = هو
الجمعة / الجمعة

الأشعة تحت الحمراء/ أنا (R + 1/jωC)

Vo/فين = RjωC / R jωC + 1)

خذ RC = 1/ωC

Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1

Vo/ فين = ي(ω/ωC)/√ ي(ω/ωC)^ 2 + 1

المعادلة أعلاه هي دالة نقل سلبية لمرشح التمرير العالي. لذلك، يمكن قياس كسب الجهد عند كل قيمة 'ω' للمرشح باستخدام المعادلة أعلاه.

أنواع مرشحات التمرير العالي السلبية

هناك نوعان من مرشحات التمرير العالي السلبية؛ HPF السلبي من الدرجة الأولى و HPF السلبي من الدرجة الثانية والتي تمت مناقشتها أدناه.

HPF السلبي من الدرجة الأولى

تظهر أدناه دائرة مرشح التمرير العالي السلبي من الدرجة الأولى. يمكن تصميم هذه الدائرة بمكون تفاعلي واحد فقط مزود بمقاومة. تحجب دائرة الفلتر هذه الإشارات ذات التردد المنخفض ولكنها تسمح بإشارات التردد العالي أعلى من القيمة المحددة. تستخدم هذه الدائرة مكونات سلبية ولا تحتاج إلى أي مصدر طاقة خارجي. كلما تم توفير إشارة دخل لهذه المجموعة المتسلسلة من المكثف والمقاوم، فسيتم الحصول على الإخراج المفلتر عبر المقاوم.

إن صيغة تردد القطع لـ HPS السلبي من الدرجة الأولى هي نفس مرشح التمرير المنخفض السلبي الذي يظهر أدناه.

FC = 1 / 2πRC

HPF السلبي من الدرجة الثانية

تظهر أدناه دائرة مرشح التمرير العالي السلبي من الدرجة الثانية. تم تصميم دائرة الترشيح هذه من خلال تسلسل اثنين من HPFs من الدرجة الأولى. تستخدم هذه الدائرة مكونين تفاعليين اثنين المكثفات ومقاومتان مما يجعل دائرة الفلتر من الدرجة الثانية. لذا فإن أداء المرشح ذو المرحلتين يعادل مرشح أحادي المرحلة على الرغم من أنه يمكن الحصول على ميل هذا المرشح عند -40 ديسيبل/عقد بسبب التباين داخل تردد القطع.

يعتبر هذا الفلتر فعالاً للغاية مقارنة بمرشح المرحلة الواحدة لأنه يتضمن نقطتي تخزين. لذا فإن تردد القطع للمرشح ذو المرحلتين يعتمد بشكل أساسي على المكثفين والمكثفين المقاومات القيم التي تعطى على النحو التالي؛

FC = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) هرتز

التطبيقات

ال تطبيقات مرشحات التمرير العالي السلبية تشمل ما يلي.

• مرشح التمرير العالي السلبي هو مرشح يحجب الترددات المنخفضة، لكنه يمرر التردد العالي فوق القيمة المحددة مسبقًا.
• يتم استخدام مرشحات التمرير العالي السلبية في المعادلات وأجهزة استقبال الصوت.
• وتستخدم هذه في أنظمة التحكم بالموسيقى و  تعديل التردد .
• يتم استخدامها في مولدات الوظائف، ومولدات النبض، ومولدات المنحدر إلى الخطوة، وCROs، وCRTs، وما إلى ذلك.
• تُستخدم هذه المرشحات بشكل طبيعي في معالجة الصوت لإزالة الضوضاء ذات التردد المنخفض في مكبرات الصوت حيثما يكون الحد الأقصى للترددات مطلوبًا.
• تُستخدم هذه المرشحات بشكل متكرر في HPFs لتحسين الحواف بالإضافة إلى المكونات الأخرى ذات التردد العالي داخل الصور الرقمية.
• وتستخدم هذه في مختلف التطبيقات الصناعية والعلمية أيضا مثل؛ التحليل الزلزالي وأنظمة الرادار وفي مجال الطب الحيوي لفهم تخطيط القلب.
• تعد هذه الأنواع من المرشحات أدوات مهمة في مجال الإلكترونيات ومعالجة الإشارات للسماح للإشارات عالية التردد بالسماح بالإشارات منخفضة التردد وحظرها.

وبالتالي، هذه نظرة عامة على السلبي مرشح تمرير عالي، دوائر، عمل وأنواعها وتطبيقاتها. تم تصميم دائرة الفلتر بمكونات سلبية فقط مثل؛ المقاوم والمكثف. لا تتطلب هذه المرشحات أي مصدر خارجي، لذا ليس لها أي ربح مما يعني أن سعة إشارة الخرج تكون مكافئة دائمًا أو أقل من سعة إشارة الإدخال. تصميمات المرشحات هذه بسيطة للغاية والمكونات المستخدمة في صنع هذه المرشحات رخيصة جدًا أيضًا. هنا سؤال لك، ما هو مرشح التمرير المنخفض السلبي؟