Hoogdoorlaatfilters

De taak van een hoogdoorlaatfilter is precies het tegenovergestelde van een laagdoorlaatfilter:het bieden van een gemakkelijke doorgang van een hoogfrequent signaal en een moeilijke doorgang naar een laagfrequent signaal. Zoals je zou verwachten, zijn de inductieve (figuur hieronder) en capacitieve (figuur hieronder) versies van het hoogdoorlaatfilter precies het tegenovergestelde van hun respectieve laagdoorlaatfilterontwerpen:

Capacitieve hoogdoorlaatfilter.

De impedantie van de condensator

De impedantie van de condensator (figuur hierboven) neemt toe met afnemende frequentie. (Figuur hieronder) Deze hoge impedantie in serie heeft de neiging om te voorkomen dat laagfrequente signalen worden geladen.

capacitief hoogdoorlaatfilter v1 1 0 ac 1 sin c1 1 2 0.5u rbelasting 2 0 1k .ac lin 20 1 200 .plot ac v(2) .einde 

De respons van het capacitieve hoogdoorlaatfilter neemt toe met de frequentie.

Inductief hoogdoorlaatfilter.

De impedantie van de inductor

De impedantie van de inductor (figuur hierboven) neemt af met afnemende frequentie. (Figuur hieronder) Deze lage impedantie in parallel heeft de neiging om laagfrequente signalen te kortsluiten om naar de belastingsweerstand te gaan. Als gevolg hiervan valt het grootste deel van de spanning over serieweerstand R1.

inductief hoogdoorlaatfilter v1 1 0 ac 1 sin r1 1 2 200 l1 2 0 100m rbelasting 2 0 1k .ac lin 20 1 200 .plot ac v(2) .einde 

De respons van het inductieve hoogdoorlaatfilter neemt toe met de frequentie.

Deze keer is het capacitieve ontwerp het eenvoudigst en vereist slechts één component boven en buiten de belasting. En nogmaals, de reactieve zuiverheid van condensatoren ten opzichte van inductoren heeft de neiging om hun gebruik in filterontwerp te begunstigen, vooral met hoogdoorlaatfilters waar hoge frequenties er gewoonlijk voor zorgen dat inductoren zich vreemd gedragen vanwege het skin-effect en elektromagnetische kernverliezen.

Afsnijfrequentie

Net als bij laagdoorlaatfilters hebben hoogdoorlaatfilters een nominale afsnijfrequentie , waarboven de uitgangsspanning stijgt tot boven 70,7% van de ingangsspanning. Net als in het geval van het capacitieve laagdoorlaatfiltercircuit, kan de afsnijfrequentie van het capacitieve hoogdoorlaatfilter worden gevonden met dezelfde formule:

In het voorbeeldcircuit is er geen andere weerstand dan de belastingsweerstand, dus dat is de waarde voor R in de formule.

Toepassing van hoogdoorlaatfilter

Als we een stereosysteem als praktisch voorbeeld gebruiken, zal een condensator die in serie is geschakeld met de tweeter (treble)-luidspreker dienen als een hoogdoorlaatfilter, waardoor een hoge impedantie wordt opgelegd aan laagfrequente bassignalen, waardoor wordt voorkomen dat die stroom wordt verspild aan een luidspreker inefficiënt voor het reproduceren van dergelijke geluiden.

Op dezelfde manier zal een spoel die in serie is geschakeld met de woofer (bas) luidspreker, dienen als een laagdoorlaatfilter voor de lage frequenties die die bepaalde luidspreker moet weergeven.

In dit eenvoudige voorbeeldcircuit wordt de midrange-luidspreker onderworpen aan het volledige spectrum van frequenties van de stereo-uitgang. Soms worden uitgebreidere filternetwerken gebruikt, maar dit zou u een algemeen idee moeten geven.

Houd er ook rekening mee dat ik je slechts één kanaal (links of rechts) op dit stereosysteem laat zien. Een echte stereo zou zes luidsprekers hebben:2 woofers, 2 middentonen en 2 tweeters.

Hoogdoorlaatfilter leidt hoge frequenties naar tweeter, terwijl laagdoorlaatfilter lage tonen naar woofer leidt.

Voor nog betere prestaties willen we misschien een soort filtercircuit hebben dat frequenties tussen laag (bas) en hoog (treble) kan doorgeven aan de midrange-luidspreker, zodat geen van de laag- of hoogfrequente signaalkracht wordt verspild op een luidspreker die deze geluiden niet efficiënt kan reproduceren.

Wat we zouden zoeken heet een band-pass filter, dat is het onderwerp van de volgende sectie.

BEOORDELING:

• Een hoogdoorlaatfilter zorgt voor een gemakkelijke doorgang van hoogfrequente signalen van bron naar belasting, en moeilijke doorgang van laagfrequente signalen.
• Capacitieve hoogdoorlaatfilters plaatsen een condensator in serie met de belasting; inductieve hoogdoorlaatfilters plaatsen een weerstand in serie en een inductor parallel aan de belasting. Het eerste filterontwerp probeert het ongewenste frequentiesignaal te "blokkeren", terwijl het laatste het kortsluit.
• De afsnijfrequentie voor een hoogdoorlaatfilter is die frequentie waarbij de uitgangsspanning (belasting) gelijk is aan 70,7% van de ingangsspanning (bron). Boven de afsnijfrequentie is de uitgangsspanning groter dan 70,7% van de ingang en vice versa.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Actieve filters
• Werkblad passieve filtercircuits