Bộ lọc thông cao là gì

Không giống như các bộ lọc khác, bộ lọc thông cao có tầm quan trọng duy nhất của nó. Phương thức truyền thông cơ bản là gọi thoại. Trong tất cả các hình thức truyền thông, gọi thoại là hình thức truyền thông được ưu tiên hơn cả.

Tuy nhiên có những vấn đề khi liên lạc ở khoảng cách xa qua điện thoại, thông tin hoặc dữ liệu duy nhất được yêu cầu là tín hiệu thoại, do đó cần phải duy trì chất lượng của tín hiệu thoại truyền và nhận.

Tuy nhiên, rất nhiều nhiễu nhiễu tần số thấp được thêm vào kênh truyền thông. Để tránh điều này bộ lọc thông cao được sử dụng (vì giọng nói của con người có tần số cao hơn tần số nhiễu).

Bộ lọc thông cao là gì?

Bộ lọc thông cao hay high pass filter (viết tắt HPF) là mạch cho phép tần số cao hơn tần số cắt (cutoff) và làm suy giảm tất cả tần số dưới tần số cắt (ƒc).

Như bạn đã biết bộ lọc thông thấp chặn tần số thấp đi qua nó và chỉ cho phép tần số cao hơn đến đầu ra, còn bộ lọc thông cao ngược lại với bộ lọc thông thấp.

Mạch lọc thông cao rất cần thiết trong ứng dụng hàng ngày trong lĩnh vực âm thanh như ghi âm giọng nói, lọc giọng nói, điều khiển giai điệu âm nhạc, ...

Nó được sử dụng rộng rãi để loại bỏ tiếng ồn rít và tiếng ồn của gió khi ghi âm qua micrô trong môi trường mở. Chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về vấn đề này trong phần ứng dụng bên dưới.

Bộ lọc thông cao thực tế với lý tưởng

Trong đường cong tần số so với đáp ứng suy hao của bộ lọc thông cao thì trường hợp lý tưởng có đáp ứng rất bằng phẳng, tức là, suy hao vô hạn / suy giảm ở băng tần dừng và suy hao bằng không ở tần số băng thông, nhưng thực tế do tổn hao ohmic và các thành phần suy hao, HPF thực tế có suy hao hữu hạn ở dải dừng và suy hao vài dB ở băng thông.

Các loại bộ lọc thông cao:

Bộ lọc này được phân loại trên cơ sở thành phần được sử dụng để thực hiện mạch là LC hoặc RC.

A) Bộ lọc thông cao sử dụng R & C:

Có hai sơ đồ thường được sử dụng trong bộ lọc. Bộ lọc sử dụng điện trở trong mạch được sử dụng kết hợp với nguồn điện bên ngoài được gọi là bộ lọc tích cực, hay còn gọi là bộ lọc thụ động.

Phương pháp khác là thiết kế bộ lọc sử dụng RC và sau đó khuếch đại tín hiệu, bộ lọc này không cần bất kỳ nguồn điện bên ngoài nào được gọi là bộ lọc thụ động.

Hình thể hiện giản đồ của HPF sử dụng RC cùng với công thức:

Tụ điện mắc nối tiếp với đầu vào và điện trở mắc song song với đầu vào. Ngoài ra, đầu ra được lấy trên điện trở, như thể hiện trong hình. Vai trò của tụ điện ở đây là chặn các tín hiệu DC (tín hiệu tần số thấp hơn) được xác định bằng công thức.

Tích của điện dung C và điện trở R là hằng số thời gian (Tau)

ƒc = 1 / (2πRC)

ở đây fc tính bằng Hz,

R tính bằng ohm,

C tính bằng farad,

do đó (τ) tính bằng giây.

B) Bộ lọc thông cao sử dụng L và C:

Bạn có thể nhận thấy rằng công thức tính toán các giá trị thành phần trong bộ lọc là giống nhau đối với tất cả các loại bộ lọc, tức là HPF, LPF và BPF.

Như vậy làm cách nào để bạn nhận được các phản hồi khác nhau cho các loại bộ lọc khác nhau?

Câu trả lời là vị trí của tụ điện C trong sơ đồ.

Khi mắc tụ điện mắc nối tiếp với nguồn thì đó là bộ lọc thông cao.

Ngược lại, nếu bạn đặt tụ điện song song với nguồn, thì nó là bộ lọc thông thấp.

Hình thể hiện sơ đồ và công thức bộ lọc thông cao LC:

Tại sao bộ lọc LC tốt hơn bộ lọc RC hoặc RL?

Câu trả lời rất đơn giản: nó cung cấp tổn thất điện năng về mặt lý thuyết bằng không do hai phần tử không điện trở và không gây ra tổn thất ohmic.

Do đó, nó thường được đặt trong mạch ở đầu thu, nơi chúng ta phải chọn các tín hiệu RF rất nhỏ. Nó khá phức tạp để thiết kế cuộn cảm nhưng nó rất đáng giá.

Bộ lọc bậc cao hơn:

Bộ lọc bậc cao có thể làm được bằng cách xếp tầng hai hoặc nhiều tầng của bộ lọc. Các tầng này của bộ lọc hoặc là sơ đồ của RC hoặc LC. Thứ tự của bộ lọc được tăng lên để chúng ta nhận được một đường cong phản hồi rất sắc nét gần với bộ lọc lý tưởng. Bộ lọc bậc nhất cho độ dốc 20 dB / decade.

Nếu chúng ta thêm tầng thứ 2 nối tiếp với tầng đầu tiên thì sẽ đạt được 40 dB / decade.

Ví dụ thực tế để thiết kế bộ lọc thông cao:

Thiết kế một bộ lọc thông cao fc = 1,2 kHz bằng cách sử dụng RC?

Cho trước- fc = 1,2kHz

R = 100Ω (giả định)

tìm C bằng công thức: ƒc = 1 / (2πRC). Tính ra được là 1,32uf

Thiết kế một bộ lọc thông cao có tần số cắt fc = 3 MHz sử dụng các thành phần RC?

Cho trước- fc = 3MHz

R = 100Ω (giả định)

tìm C bằng công thức: ƒc = 1 / (2πRC). Tính ra được là là 0,53nf

Thiết kế một bộ lọc thông cao có tần số cắt fc = 90 MHz sử dụng linh kiện LC?

Cho trước- fc = 90MHz

C = 25pf (giả định)

tìm L bằng công thức:

ƒc = 1 / (2π√LC).

Tính ra được là ~ 62nH

Bộ lọc thông cao được sử dụng để làm gì? Các ứng dụng của nó.

1) Trong khi ghi âm ngoài trời bằng micrô, âm thanh của gió cũng bị ghi lại dưới dạng tiếng ồn. Tần số của giọng nói của con người cao hơn một chút so với tần số của tiếng ồn của gió.

Âm thanh của gió có tần số thấp hơn và không cần thiết, do đó bộ lọc thông cao được sử dụng để giảm tiếng ồn.

2) Trong bộ tiền khuếch đại để tránh khuếch đại tiếng ồn

3) Để giảm âm thanh 'Hiss' trong mạch âm thanh (do đường dây điện gần đó gây ra).

4) Đối với Waveshaping trong các ứng dụng khác nhau trong điện tử analog và kỹ thuật số.

5) Nó được sử dụng làm mạch vi phân (chuyển đổi sóng vuông hoặc đáp ứng bước thành xung gai hoặc xung lực)

6) Khi sử dụng làm bộ cân bằng âm thanh, bộ lọc này được gọi là bộ lọc tăng treble.