- Comment fonctionne le filtre passe-haut?
- Réponse en fréquence et fréquence de coupure
- Quelle est la formule de la fréquence de coupure?
- Calcul de la tension de sortie
- Exemple avec calcul
- Changement de phase
- Applications
Auparavant, nous avons discuté du filtre passe-bas passif, il est maintenant temps de regarder un aperçu du filtre passe-haut passif.
Comme avant, si vous regardez dans le nom, il affiche «Passive», «High», «Pass» et «Filter». Donc, comme son nom l'indique, c'est un filtre qui bloquera les basses fréquences, mais passera la haute fréquence au-dessus de la valeur prédéterminée, qui sera calculée par la formule.
Il est «passif» ce qui signifie pas d'alimentation externe, pas d'amplification du signal d'entrée; nous réaliserons le circuit en utilisant des composants «passifs» qui ne nécessitent aucune source d'alimentation externe. Les composants passifs sont identiques au filtre passe-bas mais l'ordre de connexion sera exactement inversé. Les composants passifs sont la résistance (R) et le
condensateur (C). Encore une fois, c'est une configuration de filtre RC.
Voyons ce qui se passe si nous construisons le circuit et vérifions la réponse ou «Bode Plot»…
Voici le circuit dans cette image:
Ceci est un filtre RC. Généralement, un signal d'entrée est appliqué à cette combinaison en série de condensateur et de résistance non polarisés. C'est un filtre de premier ordre car il n'y a qu'un seul composant réactif dans le circuit qui est un condensateur. La sortie filtrée sera disponible à travers la résistance. La combinaison de ce duo est exactement à l'opposé du filtre passe-bas. Si nous comparons le circuit avec le filtre passe-bas, nous verrons que la position de la résistance et du condensateur est interchangée.
Comment fonctionne le filtre passe-haut?
Aux basses fréquences, la réactance du condensateur sera très grande qu'il agira comme un circuit ouvert et bloquera le signal d'entrée en dessous du point de fréquence de coupure (fc). Mais lorsque le point de fréquence de coupure atteint la réactance du condensateur commence à diminuer et permet au signal de passer directement. Nous verrons cela en détail dans la courbe de réponse en fréquence.
Voici la courbe à quoi il ressemble à la sortie du condensateur: -
Réponse en fréquence et fréquence de coupure
Il s'agit de la courbe de réponse en fréquence de ce circuit de filtre passe-haut du premier ordre.
f c Est la fréquence de coupure du filtre. Au point -3 dB, le signal est autorisé à passer. Ce -3 dB désigne également la fréquence de coupure. De 10 Hz à la fréquence de coupure, le signal n'est pas autorisé à passer car la fréquence est basse fréquence, à ce stade, c'est la partie de la bande d'arrêt où le signal n'est pas autorisé à passer du filtre mais au-dessus de la fréquence de coupure après -3 dB la partie est appelée comme position de bande passante où le signal est autorisé à passer. La pente de la courbe est de + 20 dB par décennie. Exactement à l'opposé du filtre passe-bas.
La formule de calcul du gain est la même que celle utilisée dans notre tutoriel précédent sur le filtre passe-bas passif.
Gain (dB) = 20 log (Vout / Vin)
Après le signal de coupure, les réponses du circuit augmentent progressivement jusqu'à Vin à partir de 0 et cet incrément se produit à une vitesse de + 20 dB / décennie. Si nous calculons l' augmentation par octave, ce sera 6 dB.
Cette courbe de réponse en fréquence est le diagramme de Bode du filtre passe-haut. En sélectionnant le condensateur et la résistance appropriés, nous pourrions arrêter les basses fréquences, limiter le signal passant à travers les circuits du filtre sans affecter le signal car il n'y a pas de réponse active.
Dans l'image ci-dessus, il y a un mot Bande passante. Cela signifie après quelle fréquence le signal permettra de passer. Donc, s'il s'agit d'un filtre passe-haut de 600 kHz, la bande passante sera de 600 kHz à l' infini. Comme cela permettra de faire passer tous les signaux au-dessus de la fréquence de coupure.
À la fréquence de coupure, nous obtiendrons un gain de -3 dB. À ce stade, si nous comparons l'amplitude du signal de sortie avec le signal d'entrée, nous verrons que l'amplitude du signal de sortie serait de 70,7% du signal d'entrée. De plus, dans un gain de -3 dB, la réactance capacitive et la résistance seraient égales. R = Xc.
Quelle est la formule de la fréquence de coupure?
La formule de la fréquence de coupure est exactement la même que celle du filtre passe-bas.
f c = 1 / 2πRC
Ainsi, R est la résistance et C est la capacité. Si nous mettons la valeur, nous connaîtrons la fréquence de coupure.
Calcul de la tension de sortie
Voyons la première image, le circuit dans lequel 1 résistance et un condensateur sont utilisés pour former un filtre passe-haut ou un circuit RC.
Lorsque le signal CC est appliqué à travers le circuit, c'est la résistance du circuit qui crée une chute lorsque le courant circule. Mais dans le cas d'un signal AC, ce n'est pas la résistance mais l'impédance est responsable de la chute de tension, qui se mesure également en Ohms.
Dans le circuit RC, il y a deux choses résistives. L'un est la résistance et l'autre est la réactance capacitive du condensateur. Nous devons donc d'abord mesurer la réactance capacitive du condensateur, car elle sera nécessaire pour calculer l'impédance du circuit.
La première opposition résistive est la réactance capacitive, la formule est: -
Xc = 1 / 2πfC
La sortie de la formule sera en Ohms, car Ohms est l'unité de réactance capacitive car il s'agit d'un moyen d'opposition Résistance.
La deuxième opposition est la résistance elle-même. La valeur de la résistance est également une résistance.
Ainsi, en combinant ces deux oppositions, nous obtiendrons la résistance totale, qui est l'impédance dans le circuit RC (entrée de signal CA).
L'impédance indique Z
La formule est: -
Comme discuté précédemment dans la basse fréquence, la réactance du condensateur est trop élevée pour qu'elle agisse comme un circuit ouvert, la réactance du condensateur est Infinity à basse fréquence, donc il bloque le signal. Le gain de sortie est alors de 0, et en raison du blocage, la tension de sortie reste 0 jusqu'à ce que la fréquence de coupure soit atteinte.
Mais en haute fréquence, l'inverse se produira, la réactance du condensateur est trop faible pour qu'elle agisse comme un court-circuit, la réactance du condensateur est de 0 à haute fréquence donc il fait passer le signal. Le gain de sortie est de 1 à ce moment-là, c'est-à-dire une situation de gain Unity et en raison du gain unitaire, la tension de sortie est la même que la tension d'entrée une fois la fréquence de coupure atteinte.
Exemple avec calcul
Comme nous savons déjà ce qui se passe réellement à l'intérieur du circuit et comment en découvrir la valeur. Choisissons des valeurs pratiques.
Prenons la valeur la plus courante de la résistance et du condensateur, 330k et 100pF. Nous avons sélectionné la valeur car elle est largement disponible et elle est plus facile à calculer.
Voyons quelle sera la fréquence de coupure et quelle sera la tension de sortie.
La fréquence de coupure sera: -
En résolvant cette équation, la fréquence de coupure est de 4825 Hz ou 4,825 kHz.
Voyons si c'est vrai ou non…
C'est le circuit de l'exemple.
Comme la réponse en fréquence décrite précédemment à la fréquence de coupure, le dB sera de
-3 dB, quelles que soient les fréquences. Nous rechercherons 3dB au signal de sortie et voir si elle est 4825Hz (4.825Khz) ou non.
Voici la réponse en fréquence: -
Définissons le curseur à -3 dB et voyons le résultat.
Comme nous pouvons voir la réponse en fréquence (également appelée diagramme de Bode), nous plaçons le curseur à -3,03 dB et obtenons une fréquence de bande passante de 4,814 kHz.
Changement de phase
L'angle de phase indique que φ (Phi) sera à la sortie est +45
C'est le déphasage du circuit, utilisé comme exemple pratique.
Découvrons la valeur de déphasage à la fréquence de coupure: -
Nous plaçons le curseur sur +45
Il s'agit d'un filtre passe-haut du second ordre. CAPACITOR et RESISTOR sont du premier ordre et CAPACITOR1 et RESISTOR1 sont du second ordre. En cascade, ils forment un filtre passe-haut du second ordre.
Le filtre de second ordre a un rôle de pente de 2 x + 20 dB / décade ou + 40 dB (12 dB / octave).
Voici la courbe de réponse: -
La pente est de + 20 dB / Décennie et la pente rouge à la sortie finale qui a une pente de + 40 dB / Décennie.
Cela calculera la fréquence de coupure du circuit passe-haut du second ordre.
Tout comme le filtre passe-bas, il n'est pas si bon de mettre en cascade deux filtres passe-haut passifs car l'impédance dynamique de chaque ordre de filtre affecte un autre réseau dans le même circuit.
Applications
Le filtre passe-bas est un circuit largement utilisé en électronique.
Voici quelques applications: -
- Récepteur audio et égaliseur
- Système de contrôle de la musique et modulation de fréquence des aigus.
- Générateur de fonctions
- Télévision cathodique et oscilloscope.
- Générateur d'ondes carrées à partir d'onde triangulaire.
- Générateurs d'impulsions.
- Générateurs de rampe à pas.