నిష్క్రియాత్మక అధిక పాస్ ఫిల్టర్: సర్క్యూట్, పని, రకాలు, బదిలీ ఫంక్షన్ & దాని అప్లికేషన్లు

ఎ అధిక పాస్ ఫిల్టర్ ఎలక్ట్రానిక్ ఫిల్టర్ అనేది నిర్దిష్ట కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీతో సిగ్నల్‌లను అనుమతిస్తుంది & ఆ కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ కంటే తక్కువ పౌనఃపున్యాల ద్వారా సిగ్నల్‌లను అటెన్యూయేట్ చేస్తుంది. ఈ ఫిల్టర్ తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్‌కి విలోమంగా ఉంటుంది మరియు దీనిని HPF, బాస్-కట్ ఫిల్టర్ లేదా లో-కట్ ఫిల్టర్ అని కూడా అంటారు. కలయిక తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ మరియు అధిక పాస్ ఫిల్టర్‌ని బ్యాండ్ పాస్ ఫిల్టర్ అంటారు, ఇది నిర్దిష్ట పరిధిలో ఫ్రీక్వెన్సీలను మాత్రమే అనుమతిస్తుంది. సర్క్యూట్ రూపకల్పన ఆధారంగా వివిధ రకాలైన హై-పాస్ ఫిల్టర్‌లు అలాగే ఫిల్టర్‌ను రూపొందించడానికి ఉపయోగించే భాగాలు ఉన్నాయి; క్రియాశీల హై-పాస్ ఫిల్టర్, నిష్క్రియ HPF, RC HPF, మొదటి-ఆర్డర్ HPF, రెండవ-ఆర్డర్ HPF, బటర్‌వర్త్ , చెబిషెవ్ మరియు బెస్సెల్ హై పాస్ ఫిల్టర్‌లు. ఈ కథనం క్లుప్తంగా నిష్క్రియాత్మక అధిక పాస్ ఫిల్టర్, దాని సర్క్యూట్, పని, రకాలు మరియు అనువర్తనాలను వివరిస్తుంది.

నిష్క్రియాత్మక హై పాస్ ఫిల్టర్ అంటే ఏమిటి?

తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌లను నిరోధించేటప్పుడు హై-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌లను అంతటా పాస్ చేయడానికి మాత్రమే ఉపయోగించే ఎలక్ట్రానిక్ ఫిల్టర్‌ను నిష్క్రియాత్మక హై-పాస్ ఫిల్టర్ అంటారు. ఈ ఫిల్టర్‌ను నిష్క్రియ ఫిల్టర్ అని కూడా పిలుస్తారు ఎందుకంటే దీనికి ఆపరేషన్ కోసం బాహ్య శక్తి వనరు అవసరం లేదు మరియు ఇది ఇన్‌కమింగ్ సిగ్నల్ ఎనర్జీపై ప్రత్యేకంగా ఆధారపడి ఉంటుంది.

ఈ ఫిల్టర్ వంటి నిష్క్రియ భాగాలతో రూపొందించబడింది; రెసిస్టర్లు, ఇండక్టర్లు & కెపాసిటర్లు. ఈ కాంపోనెంట్ విలువలు ఫిల్టర్ యొక్క కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీని నిర్ణయిస్తాయి, ఇక్కడ ఈ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్లాక్ చేయబడిన లేదా అటెన్యూయేట్ చేయబడిన సిగ్నల్‌ల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.

నిష్క్రియాత్మక హై పాస్ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్

నిష్క్రియాత్మక హై పాస్ ఫిల్టర్ డిజైన్ సర్క్యూట్ క్రింద చూపబడింది, ఇది రెసిస్టర్ మరియు కెపాసిటర్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. ఈ సర్క్యూట్ నిష్క్రియ LPF మాదిరిగానే ఉంటుంది, అయితే రెసిస్టర్ మరియు కెపాసిటర్ సర్క్యూట్‌లో పరస్పరం మార్చబడతాయి. నిష్క్రియాత్మక హై-పాస్ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్‌లోని కెపాసిటర్ రెసిస్టర్ ద్వారా సిరీస్‌లో కనెక్ట్ చేయబడింది. సాధారణంగా నాన్-పోలరైజ్డ్ కెపాసిటర్ & రెసిస్టర్ యొక్క సిరీస్ కలయికకు ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ అందించబడినప్పుడు ఫిల్టర్ చేయబడిన అవుట్‌పుట్ అందుబాటులో ఉంటుంది లేదా రెసిస్టర్‌లో డ్రా అవుతుంది.

ఈ ఫిల్టర్ అధిక ఫ్రీక్వెన్సీలను అనుమతిస్తుంది & తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌లను బ్లాక్ చేస్తుంది. కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ విలువ ప్రధానంగా సర్క్యూట్ రూపకల్పన కోసం ఎంచుకున్న భాగాల విలువలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ ఫిల్టర్‌లు 10 MHz హై-ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో అనేక అప్లికేషన్‌లను కలిగి ఉన్నాయి. ఈ సర్క్యూట్‌లోని భాగాలు పరస్పర మార్పిడి కారణంగా, డెలివరీ చేయబడిన కెపాసిటర్ ద్వారా ప్రతిస్పందనలు మారుతాయి, ఇవి తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ ప్రతిస్పందనకు విరుద్ధంగా ఉంటాయి.

తక్కువ పౌనఃపున్యాల వద్ద ఈ సర్క్యూట్‌లోని కెపాసిటర్ ఓపెన్ సర్క్యూట్ లాగా మరియు అధిక పౌనఃపున్యాల వద్ద పనిచేస్తుంది; అది షార్ట్ సర్క్యూట్ లాగా పనిచేస్తుంది. ఈ సర్క్యూట్‌లో, కెపాసిటర్ కెపాసిటివ్ రియాక్టెన్స్ కారణంగా కెపాసిటర్‌లోకి ప్రవేశించే తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీలను కెపాసిటర్ బ్లాక్ చేస్తుంది.

కెపాసిటర్ కెపాసిటెన్స్ రేంజ్‌లో బైండ్ చేయడానికి ఈ సర్క్యూట్‌లో కొంత మొత్తం కరెంట్‌ను కెపాసిటర్ వ్యతిరేకిస్తుంది. కాబట్టి కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ తర్వాత కెపాసిటర్ కెపాసిటివ్ రియాక్టెన్స్ తగ్గింపు విలువ కారణంగా అన్ని ఫ్రీక్వెన్సీలను అనుమతిస్తుంది. కాబట్టి ఇది కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ 'fc'తో పోలిస్తే ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు ఈ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ మొత్తం ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌ను అవుట్‌పుట్‌కి పంపేలా చేస్తుంది.

తక్కువ పౌనఃపున్యాల వద్ద ప్రతిచర్య విలువ పెరుగుతుంది అప్పుడు కెపాసిటర్ అంతటా కరెంట్ ప్రవాహాన్ని నిరోధించే సామర్థ్యం మెరుగుపడుతుంది. కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ కింద ఉండే ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌ను 'స్టాప్ బ్యాండ్' అని పిలుస్తారు & కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ తర్వాత ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌ను 'పాస్ బ్యాండ్' అని పిలుస్తారు.

కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ

నిష్క్రియ అధిక పాస్ ఫిల్టర్ కోసం కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ సూత్రం క్రింద చూపబడింది. ఈ ఫార్ములా తక్కువ-పాస్ ఫిల్టర్‌ని పోలి ఉంటుంది.

Fc = 1 / 2πRC

'R' ఎక్కడ ఉంది ప్రతిఘటన & 'C' అనేది కెపాసిటెన్స్.

నిష్క్రియాత్మక హై పాస్ ఫిల్టర్ యొక్క దశ కోణం

నిష్క్రియ HPF యొక్క దశ కోణం φ (Phi)తో సూచించబడుతుంది, ఇది -3dB (లేదా) కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద i/p సిగ్నల్ యొక్క అవుట్‌పుట్ వద్ద +45 అవుతుంది.

ఫిల్టర్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతిస్పందన ప్రకారం, ఇది అన్ని సంకేతాలను కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీపై అనంతానికి పంపుతుంది. ఫేజ్ షిఫ్ట్ ఫార్ములా తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్‌ని పోలి ఉండదు ఎందుకంటే, ఈ ఫిల్టర్‌లో, ఫేజ్ ప్రతికూలంగా మారుతుంది, అయినప్పటికీ HPFలో ఇది పాజిటివ్ ఫేజ్ షిఫ్ట్, అందువలన ఫేజ్ యాంగిల్ ఫార్ములా ఉంటుంది;

దశ మార్పు (φ) = ఆర్క్టాన్ (1/2πfRC)

సమయం స్థిరంగా

సర్క్యూట్‌లోని కెపాసిటర్ ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ యొక్క పౌనఃపున్యాల నుండి ఛార్జింగ్ & డిశ్చార్జింగ్ ప్రభావాన్ని పొందుతుంది, దీనిని τ (టౌ)తో సూచించే టైమ్ కాన్‌స్టాంట్ అంటారు. సమయ స్థిరాంకం కూడా కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీకి సంబంధించినది.

τ = RC = 1 / 2πfc

కొన్నిసార్లు మనకు సమయ స్థిరాంకం విలువ ఉన్నప్పుడు, మనం కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీని తెలుసుకోవాలి, కాబట్టి సూత్రాన్ని మార్చడం ద్వారా మనం దిగువ సమీకరణాన్ని పొందవచ్చు.

fc = 1 / 2πRC

τ = RC అని మనకు తెలుసు

కాబట్టి, పై సమీకరణం fc = 1 / 2πτ అవుతుంది.

ఉదాహరణ

330k రెసిస్టర్ మరియు 100pF కెపాసిటర్‌ని ఉపయోగించి యాక్టివ్ హై పాస్ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ క్రింద చూపబడింది. కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీని లెక్కించండి.

కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీని లెక్కించడానికి సూత్రం క్రింద చూపబడింది.

ఫ్రీక్వెన్సీ fc = 1/2πfCని కత్తిరించండి

రెసిస్టర్ 330k మరియు కెపాసిటర్ 100pF విలువలు, పై సమీకరణంలో ఈ విలువలను ప్రత్యామ్నాయం చేస్తాయని మాకు తెలుసు.

ఫ్రీక్వెన్సీ fc = 1/2 x 3.14 x 330000 x 100 x 10^-12ని కత్తిరించండి.

fc = 4825Hz (లేదా) 4.825Khz.

నిష్క్రియాత్మక హై పాస్ ఫిల్టర్ బదిలీ ఫంక్షన్

బదిలీ ఫంక్షన్ నిష్క్రియాత్మక హై-పాస్ ఫిల్టర్ యొక్క ఇన్‌పుట్ & అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్‌ల మధ్య ప్రధాన సంబంధాన్ని వివరిస్తుంది. కాబట్టి, నిష్క్రియ HPF గణన యొక్క బదిలీ ఫంక్షన్ క్రింద చర్చించబడింది.

విన్ = IZ

విన్ = I (R + 1/jωC)

Vo = IS
శుక్ర/శుక్ర

IR/ I (R + 1/jωC)

Vo/ Vin = RjωC / R jωC + 1)

RC = 1/ωC ​​తీసుకోండి

Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1

Vo/ Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1

పై సమీకరణం నిష్క్రియాత్మక హై-పాస్ ఫిల్టర్ బదిలీ ఫంక్షన్. కాబట్టి, ఫిల్టర్ యొక్క ప్రతి 'ω' విలువ వద్ద వోల్టేజ్ లాభం పై సమీకరణంతో కొలవవచ్చు.

నిష్క్రియాత్మక అధిక పాస్ ఫిల్టర్‌ల రకాలు

రెండు రకాల నిష్క్రియ అధిక పాస్ ఫిల్టర్లు ఉన్నాయి; మొదటి ఆర్డర్ నిష్క్రియ HPF మరియు రెండవ ఆర్డర్ నిష్క్రియ HPF ఇవి క్రింద చర్చించబడ్డాయి.

మొదటి-ఆర్డర్ నిష్క్రియ HPF

మొదటి-ఆర్డర్ నిష్క్రియాత్మక హై-పాస్ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ క్రింద చూపబడింది. ఈ సర్క్యూట్‌ను రెసిస్టర్‌తో ఒకే ఒక రియాక్టివ్ భాగంతో రూపొందించవచ్చు. ఈ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌లను బ్లాక్ చేస్తుంది కానీ సెట్ విలువ కంటే ఎక్కువ హై-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌లను అనుమతిస్తుంది. ఈ సర్క్యూట్ నిష్క్రియ భాగాలను ఉపయోగిస్తుంది మరియు బాహ్య విద్యుత్ వనరు అవసరం లేదు. కెపాసిటర్ & రెసిస్టర్ యొక్క ఈ సిరీస్ కలయికకు ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ అందించబడినప్పుడల్లా ఫిల్టర్ చేయబడిన అవుట్‌పుట్ రెసిస్టర్‌లో పొందబడుతుంది.

మొదటి-ఆర్డర్ నిష్క్రియ HPS కోసం కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ ఫార్ములా క్రింద చూపబడిన నిష్క్రియ తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ వలె ఉంటుంది.

fc = 1 / 2πRC

రెండవ ఆర్డర్ నిష్క్రియ HPF

రెండవ-ఆర్డర్ నిష్క్రియ హై-పాస్ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ క్రింద చూపబడింది. ఈ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ రెండు ఫస్ట్-ఆర్డర్ HPFలను క్యాస్కేడ్ చేయడం ద్వారా రూపొందించబడింది. ఈ సర్క్యూట్ రెండు రియాక్టివ్ భాగాలు రెండింటిని ఉపయోగిస్తుంది కెపాసిటర్లు మరియు ఫిల్టర్ సర్క్యూట్‌ను రెండవ క్రమంలో చేసే రెండు రెసిస్టర్‌లు. కాబట్టి ఈ రెండు-దశల ఫిల్టర్ పనితీరు సింగిల్-స్టేజ్ ఫిల్టర్‌కి సమానం అయినప్పటికీ కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీలోని వైవిధ్యం కారణంగా ఈ ఫిల్టర్ యొక్క వాలును -40 dB/ దశాబ్దంలో పొందవచ్చు.

సింగిల్-స్టేజ్ ఫిల్టర్‌తో పోలిస్తే ఈ ఫిల్టర్ చాలా ప్రభావవంతంగా ఉంటుంది ఎందుకంటే ఇందులో రెండు స్టోరేజ్ పాయింట్‌లు ఉన్నాయి. కాబట్టి, రెండు-దశల ఫిల్టర్ కోసం కట్-ఆఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రధానంగా రెండు కెపాసిటర్లు & రెండింటిపై ఆధారపడి ఉంటుంది రెసిస్టర్లు ఇవ్వబడిన విలువలు;

fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz

అప్లికేషన్లు

ది నిష్క్రియ హై-పాస్ ఫిల్టర్‌ల అప్లికేషన్‌లు కింది వాటిని చేర్చండి.

• నిష్క్రియాత్మక హై పాస్ ఫిల్టర్ అనేది తక్కువ పౌనఃపున్యాలను నిరోధించే ఫిల్టర్, కానీ ముందుగా నిర్ణయించిన విలువ కంటే అధిక పౌనఃపున్యాన్ని దాటిపోతుంది.
• నిష్క్రియాత్మక హై-పాస్ ఫిల్టర్‌లు ఈక్వలైజర్‌లు & ఆడియో రిసీవర్‌లలో ఉపయోగించబడతాయి.
• ఇవి సంగీత నియంత్రణ వ్యవస్థలలో ఉపయోగించబడతాయి &  ఫ్రీక్వెన్సీ మాడ్యులేషన్ .
• ఇవి ఫంక్షన్ జనరేటర్లు, పల్స్ జనరేటర్లు, రాంప్-టు-స్టెప్ జనరేటర్లు, CROలు, CRTలు మొదలైన వాటిలో ఉపయోగించబడతాయి.
• ఈ ఫిల్టర్‌లు సాధారణంగా ఆడియో ప్రాసెసింగ్‌లో గరిష్ట పౌనఃపున్యాలు అవసరమైన చోట ఆడియో యాంప్లిఫైయర్‌లలో తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ నాయిస్‌ను తొలగించడానికి ఉపయోగిస్తారు.
• ఈ ఫిల్టర్‌లు డిజిటల్ ఇమేజ్‌లలో అంచులను అలాగే ఇతర అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ భాగాలను మెరుగుపరచడానికి HPFలలో తరచుగా ఉపయోగించబడతాయి.
• ఇవి వివిధ పారిశ్రామిక & శాస్త్రీయ అనువర్తనాలలో ఉపయోగించబడతాయి; భూకంప విశ్లేషణ, మరియు రాడార్ వ్యవస్థలు & ECGలను అర్థం చేసుకోవడానికి బయోమెడికల్ రంగంలో.
• తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ-ఆధారిత సిగ్నల్‌లను అనుమతించడానికి మరియు నిరోధించడానికి అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌లను అనుమతించడానికి ఎలక్ట్రానిక్స్ & సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్‌లో ఈ రకమైన ఫిల్టర్‌లు కీలకమైన సాధనాలు.

అందువలన, ఇది ఒక నిష్క్రియ యొక్క అవలోకనం అధిక-పాస్ ఫిల్టర్, సర్క్యూట్లు, పని , రకాలు మరియు దాని అప్లికేషన్లు. ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ కేవలం నిష్క్రియాత్మక భాగాలతో రూపొందించబడింది; రెసిస్టర్ & కెపాసిటర్. ఈ ఫిల్టర్‌లకు బాహ్య మూలం అవసరం లేదు కాబట్టి వాటికి లాభం లేదు అంటే అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్ యొక్క వ్యాప్తి ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ యొక్క వ్యాప్తికి ఎల్లప్పుడూ లేదా అంతకంటే తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ ఫిల్టర్ డిజైన్‌లు చాలా సరళమైనవి మరియు ఈ ఫిల్టర్‌లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే భాగాలు కూడా చాలా చౌకగా ఉంటాయి. ఇక్కడ మీ కోసం ఒక ప్రశ్న ఉంది, నిష్క్రియ తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ అంటే ఏమిటి?