A filtro de paso alto es un filtro electrónico que permite señales con una frecuencia más alta que una determinada frecuencia de corte y atenúa las señales en frecuencias más bajas que esa frecuencia de corte. Este filtro es inverso al filtro de paso bajo y también se conoce como HPF, filtro de corte de graves o filtro de corte bajo. La combinación de filtro de paso bajo Y el filtro de paso alto se conoce como filtro de paso de banda y permite solo frecuencias en un rango específico. Existen diferentes tipos de filtros de paso alto según el diseño del circuito y los componentes utilizados para diseñar un filtro como; filtro de paso alto activo, HPF pasivo, RC HPF, HPF de primer orden, HPF de segundo orden, mantequilla , Filtros de paso alto Chebyshev y Bessel. Este artículo explica brevemente un filtro pasivo de paso alto, su circuito, funcionamiento, tipos y aplicaciones.
¿Qué es un filtro pasivo de paso alto?
Un tipo de filtro electrónico utilizado para permitir que las señales de alta frecuencia solo pasen mientras bloquea las señales de baja frecuencia se conoce como filtro pasivo de paso alto. Este filtro también se conoce como filtro pasivo porque no necesita una fuente de energía exterior para su funcionamiento y además depende exclusivamente de la energía de la señal entrante.
Este filtro está diseñado con componentes pasivos como; Resistencias, inductores y condensadores. Estos valores de componentes simplemente deciden la frecuencia de corte del filtro, donde esta frecuencia está por debajo de las señales que están bloqueadas o atenuadas.
Circuito de filtro de paso alto pasivo
A continuación se muestra el circuito de diseño del filtro pasivo de paso alto que utiliza una resistencia y un condensador. Este circuito es similar al LPF pasivo pero la resistencia y el condensador simplemente se intercambian dentro del circuito. El condensador en un circuito de filtro de paso alto pasivo está conectado simplemente en serie mediante la resistencia. Generalmente, cuando se proporciona una señal de entrada a la combinación en serie de un condensador no polarizado y una resistencia, la salida filtrada está disponible o pasa a través de la resistencia.
Este filtro simplemente permite las frecuencias más altas y bloquea las señales de frecuencia más bajas. El valor de la frecuencia de corte depende principalmente de los valores de los componentes seleccionados para el diseño del circuito. Estos filtros tienen varias aplicaciones en un rango de alta frecuencia de 10 MHz. Debido al intercambio de componentes dentro de este circuito, las respuestas del condensador entregado cambiarán y son exactamente opuestas a la respuesta del filtro de paso bajo.
El condensador de este circuito en las frecuencias bajas se comporta como un circuito abierto y en frecuencias más altas; Actúa como un cortocircuito. En este circuito, el capacitor bloquea las frecuencias más bajas que ingresan al capacitor debido a la reactancia capacitiva del capacitor.
El capacitor se opone a cierta cantidad de corriente en este circuito para unirse en el rango de capacitancia del capacitor. Entonces, el capacitor después de la frecuencia de corte permite todas las frecuencias debido al valor de reducción de la reactancia capacitiva. Esto hace que este circuito de filtro pase toda la señal de entrada a la salida siempre que la frecuencia de la señal de entrada sea mayor en comparación con la frecuencia de corte 'fc'.
El valor de la reactancia aumenta a frecuencias más bajas y luego aumenta la capacidad para resistir el flujo de corriente a través del capacitor. La banda de frecuencia debajo de la frecuencia de corte se denomina 'Banda de parada' y la banda de frecuencia después de la frecuencia de corte se denomina 'Banda de paso'.
Frecuencia de corte
A continuación se muestra la fórmula para la frecuencia de corte del filtro de paso alto pasivo. Esta fórmula es similar al filtro de paso bajo.
Fc = 1/2πRC
Donde está 'R' resistencia & 'C' es capacitancia.
Ángulo de fase del filtro pasivo de paso alto
El ángulo de fase del HPF pasivo se denota con φ (Phi), que será +45 en la salida a partir de la señal i/p a -3 dB (o) frecuencia de corte.
Según la respuesta de frecuencia del filtro, pasa todas las señales por encima de la frecuencia de corte hasta el infinito. La fórmula de cambio de fase no es similar a un filtro de paso bajo porque, en este filtro, la fase se volverá negativa, aunque en HPF es un cambio de fase positivo, por lo que la fórmula del ángulo de fase es;
Desplazamiento de fase (φ) = arctan (1/2πfRC)
Tiempo constante
El condensador en el circuito obtiene un efecto de carga y descarga a partir de las frecuencias de la señal de entrada, lo que se conoce como constante de tiempo, que se denota con τ (Tau). La constante de tiempo también está relacionada con la frecuencia de corte.
τ = RC = 1 / 2πfc
A veces, cuando tenemos el valor de la constante de tiempo, tenemos que conocer la frecuencia de corte, por lo que al cambiar la fórmula podemos obtener la siguiente ecuación.
fc = 1/2πRC
Sabemos que τ = RC
Entonces, la ecuación anterior quedará fc = 1 / 2πτ.
Ejemplo
A continuación se muestra el circuito de filtro de paso alto activo que utiliza una resistencia de 330 k y un condensador de 100 pF. Calcule la frecuencia de corte.
La fórmula para calcular la frecuencia de corte se muestra a continuación.
Frecuencia de corte fc = 1/2πfC
Sabemos que los valores de resistencia de 330k y condensador de 100pF, sustituyen estos valores en la ecuación anterior.
Frecuencia de corte fc = 1/2 x 3,14 x 330000 x 100 x 10^-12.
fc = 4825Hz (o) 4,825Khz.
Función de transferencia de filtro de paso alto pasivo
La función de transferencia explica la relación principal entre las señales de entrada y salida del filtro pasivo de paso alto. Por lo tanto, la función de transferencia del cálculo pasivo del HPF se analiza a continuación.
Vin = IZ
Vin = I (R + 1/jωC)
Vo = ES
vie/ vie
IR/I (R + 1/jωC)
Vo/Vin = RjωC / R jωC + 1)
Tome RC = 1/ωC
Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1
Vo/Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1
La ecuación anterior es una función de transferencia de filtro de paso alto pasivo. Entonces, la ganancia de voltaje en cada valor 'ω' de un filtro se puede medir con la ecuación anterior.
Tipos de filtros pasivos de paso alto
Hay dos tipos de filtros pasivos de paso alto; HPF pasivo de primer orden y HPF pasivo de segundo orden que se analizan a continuación.
HPF pasivo de primer orden
A continuación se muestra el circuito de filtro de paso alto pasivo de primer orden. Este circuito se puede diseñar con un solo componente reactivo con una resistencia. Este circuito de filtro bloquea las señales de baja frecuencia pero permite las señales de alta frecuencia por encima del valor establecido. Este circuito utiliza componentes pasivos y no necesita ninguna fuente de alimentación externa. Siempre que se proporciona una señal de entrada a esta combinación en serie de condensador y resistencia, la salida filtrada se obtendrá a través de la resistencia.
La fórmula de frecuencia de corte para HPS pasivo de primer orden es la misma que la del filtro de paso bajo pasivo que se muestra a continuación.
fc = 1/2πRC
HPF pasivo de segundo orden
A continuación se muestra el circuito de filtro de paso alto pasivo de segundo orden. Este circuito de filtro está diseñado conectando en cascada dos HPF de primer orden. Este circuito utiliza dos componentes reactivos dos condensadores y dos resistencias que hacen que el circuito de filtro sea de segundo orden. Por lo tanto, el rendimiento de este filtro de dos etapas es equivalente a un filtro de una sola etapa, aunque la pendiente de este filtro se puede obtener en -40 dB/década debido a la variación dentro de la frecuencia de corte.
Este filtro es muy eficiente en comparación con un filtro de una sola etapa porque incluye dos puntos de almacenamiento. Entonces, la frecuencia de corte para un filtro de dos etapas depende principalmente de los dos capacitores y los dos resistencias valores que se dan como;
fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz
Aplicaciones
El Aplicaciones de filtros pasivos de paso alto. Incluya lo siguiente.
- Un filtro de paso alto pasivo es un filtro que bloqueará las frecuencias bajas, pero dejará pasar las frecuencias altas por encima del valor predeterminado.
- Los filtros pasivos de paso alto se utilizan en ecualizadores y receptores de audio.
- Se utilizan en sistemas de control de música y modulación de frecuencia .
- Se utilizan en generadores de funciones, generadores de impulsos, generadores de rampa a paso, CRO, CRT, etc.
- Estos filtros se utilizan normalmente en el procesamiento de audio para eliminar el ruido de baja frecuencia en amplificadores de audio donde se requieren frecuencias máximas.
- Estos filtros se utilizan con frecuencia en los HPF para mejorar los bordes y otros componentes de mayor frecuencia en las imágenes digitales.
- Estos se utilizan en diferentes aplicaciones industriales y científicas como; análisis sísmico y sistemas de radar y dentro del campo biomédico para comprender los ECG.
- Estos tipos de filtros son herramientas cruciales dentro de la electrónica y el procesamiento de señales para permitir que las señales de alta frecuencia permitan y bloqueen señales de baja frecuencia.
Por lo tanto, esta es una descripción general de un pasivo filtro de paso alto, circuitos, funcionamiento , tipos y sus aplicaciones. Un circuito de filtro está diseñado únicamente con componentes pasivos como; resistencia y condensador. Estos filtros no requieren ninguna fuente exterior por lo que no tienen ganancia, lo que significa que la amplitud de la señal de salida es equivalente siempre o por debajo de la amplitud de la señal de entrada. Estos diseños de filtros son extremadamente simples y los componentes utilizados para fabricarlos también son muy económicos. Aquí tienes una pregunta: ¿qué es un filtro de paso bajo pasivo?
