Filter akses tinggi aktif

Sebelumnya kami telah menjelaskan tentang Passive High Pass Filter dan Active Low Pass Filter, sekarang saatnya Active High pass filter. Mari jelajahi apa itu Filter Akses Tinggi Aktif.

Apa itu, Sirkuit, rumus, kurva?

Sama seperti filter low pass pasif, filter high pass pasif bekerja dengan komponen pasif, Resistor dan Kapasitor. Kita telah belajar di tutorial sebelumnya tentang filter pass tinggi pasif yang berfungsi tanpa gangguan luar atau respons aktif.

Jika kita menambahkan Amplifier melintasi filter high pass pasif, kita dapat dengan mudah membuat filter high pass aktif. Mengubah konfigurasi penguat kita juga dapat membentuk berbagai jenis filter high pass, inverted atau non-inverted atau unity gain active high pass filter.

Demi kesederhanaan, efektifitas waktu dan juga teknologi yang berkembang dalam desain op-amp, umumnya digunakan op-amp untuk desain Active Filter.

Dalam filter high pass pasif, respons frekuensi tidak terbatas. Namun dalam skenario praktisnya sangat tergantung pada komponen dan faktor lainnya, di sini untuk filter high pass aktif, bandwidth op-amp adalah batasan utama dari filter high pass aktif. Itu berarti frekuensi maksimum akan lewat tergantung pada penguatan penguat dan karakteristik loop terbuka op-amp.

Mari kita jelajahi beberapa gain tegangan Dc loop terbuka op-amp yang umum.

Op-amp	Bandwidth (dB)	Frekuensi Maksimum
LM258	100	1MHz
uA741	100	1MHz
RC4558D	35	3MHz
TL082	110	3MHz
LM324N	100	1MHz

Ini adalah daftar kecil tentang op-amp generik dan ada penguatan tegangan. Selain itu, penguatan tegangan sangat bergantung pada frekuensi sinyal dan tegangan input op-amp dan berapa banyak penguatan yang diterapkan pada op-amp tersebut.

Mari Jelajahi lebih jauh dan pahami apa yang istimewa tentang itu: -

Berikut adalah Desain Simple High Pass Filter: -

Ini adalah gambar dari filter Active High pass. Di sini garis pelanggaran menunjukkan kepada kita filter pasif High pass RC tradisional yang kita lihat di tutorial sebelumnya.

Potong Frekuensi dan penguatan Tegangan:

Rumus frekuensi potong sama dengan yang digunakan pada filter lolos tinggi pasif.

fc = 1 / 2πRC

Seperti yang dijelaskan pada tutorial sebelumnya fc adalah frekuensi cut-off dan R adalah nilai Resistor dan C adalah nilai Kapasitor.

Dua resistor yang terhubung pada simpul positif op-amp adalah resistor umpan balik. Ketika resistor ini dihubungkan pada simpul positif op-amp itu disebut konfigurasi non-pembalik. Resistor ini bertanggung jawab atas penguatan atau penguatan.

Kita juga dapat dengan mudah menghitung penguatan penguat menggunakan persamaan berikut di mana kita dapat memilih nilai resistor yang setara sesuai dengan penguatan atau bisa juga sebaliknya: -

Penguatan Amplifier (amplitudo DC) (Af) = (1 + R3 / R2)

Kurva Respon Frekuensi:

Mari kita lihat apa yang akan menjadi output dari filter Active High pass atau plot Bode / kurva respons Frekuensi: -

Ini adalah kurva penguatan op-amp dan filter yang terhubung melintasi penguat.

Kurva hijau ini menunjukkan output sinyal yang diperkuat dan kurva merah menunjukkan output tanpa diperkuat melintasi filter high pass pasif.

Jika kita melihat kurva dengan lebih akurat maka kita akan menemukan titik-titik di bawah ini di dalam plot pertanda ini: -

Kurva merah meningkat pada 20dB / dekade dan di daerah cutoff besarnya -3dB yang merupakan margin fase 45 derajat.

Seperti yang telah dibahas sebelumnya bahwa respons frekuensi maksimum dari sebuah op-amp sangat terkait dengan penguatan atau bandwidth-nya (disebut gain loop terbuka Av).

Dalam daftar yang diberikan sebelumnya kita telah melihat op-amp umum biasa seperti uA741, LM324N memiliki gain loop terbuka maksimum 100dB yang akan berkurang pada tingkat roll-off -20dB per Dekade jika frekuensi input meningkat. Frekuensi input maksimum yang didukung oleh LM324N, uA741 adalah 1 Mhz, yang merupakan frekuensi atau bandwidth gain. Pada frekuensi ini masing-masing op-amp akan menghasilkan penguatan 0dB atau penguatan satu kali berkurang 20dB / dekade.

Jadi tidak terbatas, setelah 1 MHz gain akan turun pada kecepatan -20dB / dekade. Bandwidth dari filter high pass yang aktif sangat bergantung pada bandwidth op-amp.

Kita dapat menghitung penguatan besaran dengan mengubah penguatan tegangan op-amp.

Perhitungannya adalah sebagai berikut: -

dB = 20log (Af) Af = Vin / Vout

Af ini bisa menjadi keuntungan Dc yang kami jelaskan sebelumnya dengan menghitung nilai resistor atau membagi Vout dengan Vin.

Kita juga bisa mendapatkan penguatan tegangan dari frekuensi yang diterapkan ke filter (f) dan frekuensi cut-off (fc). Mendapatkan penguatan tegangan dari keduanya sangat sederhana menggunakan rumus ini =

Jika kita memasukkan nilai f dan fc kita akan mendapatkan penguatan tegangan yang diinginkan di seluruh filter.

Rangkaian Filter Amplifier Pembalik:

Kami juga dapat membuat filter dalam formasi terbalik.

Margin fasa dapat diperoleh dengan persamaan berikut.

Pergeseran fasa sama seperti yang terlihat pada filter high pass pasif. Ini adalah +45 derajat pada frekuensi cutoff fc.

Berikut adalah implementasi sirkuit dari filter high pass aktif terbalik: -

Ini adalah filter High pass aktif dalam konfigurasi terbalik. Op-amp terhubung secara terbalik. Pada bagian sebelumnya input dihubungkan melintasi pin input positif op-amp dan pin negatif op-amp digunakan untuk membuat rangkaian umpan balik. Di sini sirkuitnya terbalik. Input positif dihubungkan dengan referensi ground dan kapasitor dan resistor umpan balik dihubungkan melintasi pin input negatif op-amp. Ini disebut konfigurasi op-amp terbalik dan sinyal keluaran akan dibalik daripada sinyal masukan.

Resistor R1 bertindak sebagai filter pasif dan juga sebagai resistor penguatan sekaligus.

Unity Gain atau Voltage Follower Active High Pass Filter:

Sampai sekarang sirkuit yang dijelaskan di sini digunakan untuk penguatan tegangan dan tujuan amplifikasi pos.

Kita bisa membuatnya dengan menggunakan penguat gain, artinya amplitudo atau penguatan keluaran akan 1x. Vin = Vout.

Belum lagi, ini juga merupakan konfigurasi op-amp yang sering disebut sebagai konfigurasi voltage follower di mana op-amp tersebut membuat replika sinyal input yang tepat.

Mari kita lihat desain rangkaian dan cara mengkonfigurasi op-amp sebagai voltage follower dan menjadikan unity gain aktif High pass filter: -

Dalam gambar ini semuanya identik dengan penguat penguatan yang digunakan pada gambar pertama. resistor umpan balik dari op-amp dilepas. Alih-alih resistor, pin input negatif op-amp dihubungkan langsung dengan op-amp output. Konfigurasi op-amp ini disebut sebagai Konfigurasi pengikut tegangan. Keuntungannya 1x. Ini adalah filter high pass aktif penguatan kesatuan. Ini akan menghasilkan replika sinyal input yang tepat.

Contoh praktis dengan Perhitungan

Kami akan mendesain sirkuit High pass filter aktif dalam konfigurasi op-amp non-pembalik.

Spesifikasi: -

1. Keuntungan akan menjadi 2x
2. Frekuensi cutoff akan menjadi 2KHz

Mari kita hitung nilainya terlebih dahulu sebelum membuat sirkuit: -

Penguatan Amplifier (amplitudo DC) (Af) = (1 + R3 / R2) (Af) = (1 + R3 / R2) Af = 2

R2 = 1k (Kita perlu memilih satu nilai; kita memilih 1k untuk mengurangi kompleksitas penghitungan).

Dengan menyatukan nilai, kita dapatkan

(2) = (1 + R3 / 1)

Kami menghitung nilai resistor ketiga (R3) adalah 1k.

Sekarang kita perlu menghitung nilai resistor sesuai dengan frekuensi cut-off. Karena filter High pass aktif dan filter High pass pasif bekerja dengan cara yang sama, rumus cut-off frekuensi sama seperti sebelumnya.

Mari kita periksa nilai kapasitor jika frekuensi cut-off adalah 2KHz, kami memilih nilai kapasitor adalah 0,01uF atau 10nF.

fc = 1 / 2πRC

Dengan menggabungkan semua nilai kita mendapatkan: -

2000 = 1 / 2π * 10 * 10 ^-9

Dengan menyelesaikan persamaan ini kita mendapatkan nilai resistor sekitar 7,96.

Nilai terdekat dipilih dari resistor ini 8k Ohm.

Langkah selanjutnya adalah menghitung keuntungan. Rumus penguatannya sama dengan filter high pass pasif. Rumus gain atau besaran dalam dB adalah sebagai berikut: -

Karena gain op-amp adalah 2x. Jadi Af adalah 2.

fc adalah frekuensi cut off sehingga nilai fc adalah 2Khz atau 2000Hz.

Sekarang mengubah frekuensi (f) kita mendapatkan gain.

Frekuensi (f)	Penguatan Tegangan (Af) (Vout / Vin)	Dapatkan (dB) 20log (Vout / Vin)
100	.10	-20.01
250	.25	-12.11
500	0,49	-6.28
750	70	-3.07
1.000	0,89	-0,97
2.000	1.41	3.01
5.000	1.86	5.38
10.000	1.96	5.85
50.000	2	6.01
100.000	2	6.02

Dalam tabel ini dari 100 Hz, penguatan secara berurutan ditingkatkan dalam kecepatan 20dB / dekade tetapi setelah frekuensi pemutusan tercapai, penguatan secara perlahan ditingkatkan menjadi 6,02dB dan tetap konstan.

Satu hal yang perlu diingat bahwa Gain dari op-amp adalah 2x. Untuk alasan itu frekuensi cut off adalah: -3dB hingga 0dB (1x gain) hingga + 3dB (2x gain)

Sekarang karena kita sudah menghitung nilainya, sekarang saatnya untuk membangun sirkuit. Mari tambahkan semuanya dan bangun sirkuit: -

Kami membangun sirkuit berdasarkan nilai yang dihitung sebelumnya. Kami akan memberikan frekuensi 10Hz hingga 100KHz dan 10 poin per dekade pada input dari filter High pass yang aktif dan akan menyelidiki lebih lanjut untuk melihat apakah frekuensi cutoff adalah 2000Hz atau tidak pada output penguat.

Ini adalah kurva respons frekuensi. Garis hijau mewakili output yang diperkuat dari filter yaitu 2 x keuntungan. Dan garis merah mewakili respons filter di seluruh input penguat.

Kami mengatur kursor pada 3dB frekuensi sudut dan mendapatkan 2.0106 KHz atau 2 KHz.

Seperti yang dijelaskan sebelum keuntungan filter pasif -3dB tetapi karena penguatan 2x dari rangkaian op-amp ditambahkan di seluruh keluaran yang disaring, titik potong sekarang menjadi 3dB karena 3dB ditambahkan dua kali.

Menambah dan menambahkan Lebih Banyak Filter ke Satu Op-Amp

Anda dapat menambahkan lebih banyak filter di satu op-amp seperti Filter akses tinggi aktif urutan kedua. Dalam kasus seperti itu seperti filter pasif, filter RC ekstra ditambahkan.

Mari kita lihat bagaimana Sirkuit Filter Akses Tinggi Aktif Orde Kedua dibangun.

Ini adalah filter orde kedua. Pada gambar kita dapat dengan jelas melihat dua filter yang ditambahkan bersama. Ini adalah filter high pass orde dua.

Seperti yang Anda lihat, ada satu op-amp. Keuntungan tegangan sama dengan yang dinyatakan sebelumnya menggunakan dua resistor. Karena rumus penguatannya sama, maka penguatan tegangannya

Af = (1 + R2 / R1)

Frekuensi cut-off adalah: -

Kita dapat menambahkan filter aktif high pass tingkat tinggi. Tapi ada satu aturan.

Jika kita ingin membuat filter orde tiga, kita bisa cascade first order filter dan second order filter.

Sama seperti dua Filter urutan kedua membuat filter urutan keempat dan jumlah ini dijumlahkan setiap kali.

Filter Akses Tinggi Aktif Bertingkat dapat dilakukan dengan cara berikut: -

Semakin banyak op-amp ditambahkan, semakin banyak penguatan yang ditambahkan. Lihat gambar di atas. Angka-angka yang tertulis pada op-amp mewakili tahap pesanan. Seperti 1 = tahap urutan pertama, 2 = tahap urutan ke-2. Setiap kali tahapan ditambahkan, besaran penguatan juga ditambahkan 20dB / dekade untuk setiap tahapan ditambahkan. Seperti untuk tahap pertama adalah 20dB / dekade, Tahap ke-2 adalah 20dB + 20dB = 40dB per dekade dll. Setiap filter angka genap terdiri dari filter orde dua, setiap angka ganjil terdiri dari filter urutan pertama dan urutan kedua, filter urutan pertama pada yang pertama posisi. Tidak ada batasan berapa banyak filter yang dapat ditambahkan, tetapi akurasi filterlah yang menurun saat filter tambahan ditambahkan kemudian. Jika nilai RC filter yaitu Resistor dan kapasitor sama untuk masing-masing filter, maka frekuensi cut off akan sama juga, gain keseluruhan tetap sama karena komponen frekuensi yang digunakan sama.

Aplikasi

Filter high pass aktif dapat digunakan di banyak tempat di mana filter high pass pasif tidak dapat digunakan karena batasan tentang penguatan atau prosedur amplifikasi. Selain itu, filter High pass aktif dapat digunakan di tempat-tempat berikut: -

High pass filter adalah rangkaian yang banyak digunakan dalam elektronik.

Berikut adalah beberapa aplikasi: -

1. Pemerataan treble sebelum Power amplification
2. Filter terkait Video frekuensi tinggi.
3. Osiloskop dan generator Fungsi.
4. Sebelum pengeras suara untuk menghilangkan atau mengurangi kebisingan frekuensi rendah.
5. Mengubah bentuk frekuensi pada gelombang yang berbeda dari.
6. Filter pendorong treble.