Neste artigo, discutiremos alguns conceitos básicos relacionados a filtro passa-alta ativo e tentaremos responder a algumas perguntas nas seções a seguir e tentaremos aprender com vantagem algumas aplicações importantes de filtros passa-alta ativos.
- O que é um filtro passa-alto ativo?
- Princípio de funcionamento de um HPF ativo
- Resposta de tempo e resposta de frequência
- Frequência de corte de um HPF ativo
- O que é uma função de transferência para um HPF ativo
- Projete um HPF de pedido ativo de primeira ordem
- HPF ativo de segunda ordem
- Função de transferência para HPF de segunda ordem
- Vantagens do filtro passa-alto ativo
- Aplicações de um HPF
- FAQS
Definição de filtro passa-alta ativo:
Um filtro passa-alta ativo nada mais é do que um circuito que contém um componente ativo, como um transistor, um amplificador operacional (amplificador operacional), etc. Esses componentes são usados principalmente para melhor desempenho ou melhor amplificação.
Quais são os componentes de um filtro passa-alta ativo?
Podemos fazer um filtro passa-alto ativo adicionando um amplificador operacional em um filtro passa-alta passivo.
Para implicar simplicidade, eficácia de tempo e devido às tecnologias crescentes, um design de amplificador operacional, geralmente, um amplificador operacional é usado para um projeto de filtro passa-alto ativo.
Em um filtro passa-alta ativo, a limitação que temos é a largura de banda do amplificador operacional. Isso significa que o amplificador operacional passará a frequência de acordo com seu ganho e as características de malha aberta do amplificador operacional.
Diagrama de circuito do filtro passa-alta ativo:
Active High Pass FilterNa figura acima, a rede CR faz a filtragem e o amplificador operacional é conectado como um seguidor de ganho unitário. O resistor de realimentação, Rf, está incluído para minimizar o deslocamento CC.
Aqui,
A tensão no resistor R,
Como o ganho do amplificador operacional é infinito, podemos, portanto, derivar.
Onde
= Ganho de banda passante do filtro passa-alta,
f = Frequência do sinal de entrada (Hz),
= frequência de corte do filtro passa-alta (Hz)
A Magnitude de Ganho,
E ângulo de fase (em graus),
Princípio de funcionamento de um filtro passa-alta ativo:
Os filtros de primeira ordem são a forma mais simples de qualquer filtro que contém apenas um componente reativo, ou seja, o capacitor, pois também é usado em filtros passivos. Para transformá-lo em um filtro ativo, um amplificador operacional é usado na saída de um filtro passivo.
Agora, o amplificador operacional é usado para diferentes configurações. Cada configuração possui atributos adicionais para o desempenho do filtro.
A principal coisa a ser lembrada é a taxa de roll-off de um filtro de primeira ordem. A taxa de roll-off é a taxa de mudança no ganho de um filtro em sua banda de parada desejada. Mostra-nos a inclinação da curva e quão rápido o crescimento tende a aumentar com a frequência.
Os filtros de primeira ordem têm uma taxa de roll-off de 20dB / década or 6dB/oitava.
Taxa de Roll Off = -20n dB/década = -6n dB/oitava
Resposta de tempo e resposta de frequência de um HPF ativo
Para operar um filtro passa-alta, a verificação pode ser feita a partir da equação ganho-magnitude da seguinte forma:
Em frequência muito baixa, ou seja., f<fc,
At f = fc,
At f >> fc,
A largura de banda do filtro passa-alto ativo mostra o valor da frequência a partir da qual os sinais podem passar. Por exemplo, se a largura de banda desse filtro passa-alta for dada como KHz 50, isso significa que apenas as frequências de 50 kHz ao infinito podem passar pela faixa de largura de banda.
O ângulo de fase do sinal de saída é +450 no ponto de corte frequência. A fórmula para calcular a mudança de fase de um filtro passa-alta ativo é
Ø= arctano (1/2πfRC)
Função de transferência de filtro passa-alto ativo
A impedância do capacitor muda frequentemente, de modo que os filtros eletrônicos têm uma resposta dependente da frequência.
A impedância complexa de um capacitor é dada como,
Onde, s = σ +jω, ω é o frequência angular em radianos por segundo.
A função de transferência de um circuito pode ser encontrado usando análise de circuito padrão técnicas como Lei de Ohm, Lei de Kirchoff, Teorema da Superposição, etc.
A forma de um T.F é derivada do relação entre tensão de saída e tensão de entrada
A forma padrão da função de transferência é:
Onde,
a1 = Amplitude do sinal
ω0 = Frequência de corte angular
Frequência de corte:
O que queremos dizer com frequência de corte?
Por frequência de corte definimos a parte útil ou essencial de um espectro. É simplesmente um nível de frequência acima ou abaixo de um dispositivo ou filtro que não pode responder ou pode ser operado corretamente.
A frequência de corte para um filtro passa-alta ativo é a frequência específica na qual a tensão de carga (saída) equivale a 70.7% da tensão da fonte (entrada). A tensão de origem ou saída é mais significativa que 70.7% da tensão de entrada ou carga e vice-versa.
A frequência de corte também indica as frequências nas quais a potência do caminho de saída cai para metade do seu valor máximo. Esses pontos de meia potência correspondem a uma queda no ganho de 3dB(0.7071) em relação ao valor máximo de dB.
Projeto de filtro de filtro passa-alto ativo:
Para construir um filtro passa-alta ativo, precisamos implementar as seguintes etapas-
Um valor da frequência de corte,
é escolhido.
Um valor da capacitância C, geralmente entre 0.001 e 0.1 µF, é selecionado.
O valor da resistência R é calculado usando a relação,
Agora, os valores de R1 e Rf são selecionados dependendo do ganho de banda passante desejado, usando a relação,
Filtro passa-alto ativo de segunda ordem:
O que é um filtro de segunda ordem?
O atraso máximo em cada amostra usada na geração de cada amostra de saída é chamado de ordem por essa filtro específico.
Os filtros de segunda ordem consistem principalmente em dois Filtro RC, que está conectado entre si para fornecer um -Taxa de roll-off de 40dB/década.
Onde ganho DC do amplificador =
A função de transferência de um filtro passa-alta ativo de segunda ordem pode ser obtido a partir da função de transferência do filtro passa-baixa pela transformação,
- Substituindo s=jω, a função de transferência é,
Na equação acima, quando ωà0, |H (jω)|=0. Assim, o ganho de baixa frequência do filtro é zero.
Se compararmos com a função de transferência do filtro Butterworth, obtemos
A resposta de frequência de um filtro passa-alta ativo de segunda ordem é mostrada no diagrama acima. Note-se que o filtro tem uma resposta de roll-off muito acentuada.
O procedimento de projeto para um passa-alto será igual ao do passa-baixo.
A resposta de frequência será maximamente plana, ou seja, terá uma resposta de roll-off muito acentuada.
Vantagens de usar o filtro passa-alto ativo:
Existem tantos benefícios vitais de um filtro passa-alto ativo, alguns deles são:
- Sempre que há um sinal pequeno presente, um filtro passa-alto ativo é usado para aumentar o fator de amplificação, o que também aumenta a amplitude desses pequenos sinais.
- Devido à impedância de entrada muito alta, os filtros passa-altas ativos podem transferir sinais eficientes sem qualquer perda em qualquer circuito anterior.
- Os filtros ativos geralmente possuem impedância de saída muito baixa, o que é perfeito para transferir sinais eficientes para o próximo estágio, principalmente quando são usados em diferentes filtros multiestágios.
- Este tipo de filtros nos dá frequências suaves.
- Eles têm uma resposta nítida.
- Forte poder de transmissão para os receptores selecionarem a frequência do canal desejada.
- Melhor para processamento de áudio em qualquer dispositivo elétrico ou eletrônico.
- O HPF ativo evita a amplificação de DC, etc.
Aplicação do filtro passa-altas ativo:
- Para transmitir frequência mais alta no caso de filtros relacionados a vídeo.
- Usamos HPF como equalizador de agudos.
- Freqüentemente usamos HPF como filtro de aumento de agudos.
- Estamos mudando a frequência dependendo das diferentes formas de onda.
- Filtros ativos High Pass também são usados em osciloscópios.
- No gerador, esses filtros são usados.
Perguntas Frequentes
Onde os filtros passa-altas são usados?
Os filtros passa-alta são usados em todas as fontes de áudio para remover ruídos indesejados que se escondem abaixo das frequências importantes.
Muitos sons indesejados podem ser ocultados por algum núcleo mais alto de um sinal de alta frequência e podem passar despercebidos. Não conseguimos ouvir o barulho devido aos limites da audição, já que as partes mais baixas dos espectros estão em torno de 20-40 Hz. Os filtros passa-alta também eliminam esses ruídos ou os reduzem, tornando-os quase silenciosos.
Posso obter a saída de um filtro passa-altas como fonte de energia?
Um filtro passa-alta é um filtro eletrônico que passa sinais com frequências mais altas que estão acima da faixa de frequência de corte e também atenua as frequências que estão abaixo da faixa de corte.
Agora, a saída do filtro passa-alta específico não tem tensão CC (0 Hz) devido à sua frequência de corte especificada (fc). A frequência de corte mais baixa de um filtro passa-alto ativo é 70.7% ou -3dB(dB= -20log VFora/Vin) do ganho de tensão que ele permite passar também pode ser usado como fonte de alimentação.
O que significa frequência de canto em relação ao filtro passa-alta?
A frequência de canto, também chamada de frequência de corte, define uma frequência específica na qual a atenuação de transferência atinge -3dB abaixo (50%) da magnitude de 0dB ou nível de banda passante.
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Olá, sou Soumali Bhattacharya. Fiz mestrado em Eletrônica.
Atualmente estou investido na área de Eletrônica e comunicação.
Meus artigos concentram-se nas principais áreas da eletrônica central em uma abordagem muito simples, mas informativa.
Sou um aprendiz vívido e procuro me manter atualizado com todas as tecnologias mais recentes na área de Eletrônica.
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