हाई पास फ़िल्टर क्या है: कार्य करना और उसके अनुप्रयोग

फिल्टर इलेक्ट्रॉनिक सर्किट होते हैं जो विशेष आवृत्ति घटकों की अनुमति देते हैं और इनपुट सिग्नल के अवांछित आवृत्ति घटकों को क्षीण करते हैं। ये विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में एक सिग्नल की आवृत्तियों की एक विशेष श्रेणी की अनुमति देने के लिए पाए जाते हैं। मूल रूप से, डिजाइनिंग और संचालन में उपयोग किए जाने वाले घटकों के प्रकार के आधार पर फिल्टर को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है। वे निष्क्रिय फिल्टर और सक्रिय फिल्टर हैं। आवृत्तियों की सीमा के आधार पर, फिल्टर को 4 प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है। वे लो पास फिल्टर, हाई पास फिल्टर, बैंड पास फिल्टर और बैंड स्टॉप फिल्टर हैं। यह आलेख हाई पास फ़िल्टर का वर्णन करता है, जिसे सक्रिय फ़िल्टर और निष्क्रिय फ़िल्टर दोनों के रूप में उपयोग किया जा सकता है। एक उच्च पास फ़िल्टर क्या है? फ़िल्टर में सिग्नल के उच्च आवृत्ति घटकों को अनुमति देने की क्षमता होती है और एक के सभी निम्न-आवृत्ति घटकों को क्षीणित करता है सिग्नल, हाई पास फिल्टर के रूप में जाना जाता है। यह कट-ऑफ आवृत्ति से अधिक उच्च-आवृत्ति घटकों को अनुमति दे सकता है और सिग्नल के अन्य सभी अवांछित आवृत्ति घटकों को अस्वीकार कर सकता है। इस प्रकार के फिल्टर विभिन्न आरएफ सर्किट और सिग्नल प्रोसेसिंग सिस्टम में पाए जाते हैं। व्यवहार में, यह फ़िल्टर सिग्नल की कम आवृत्तियों की अनुमति देगा, जो कट-ऑफ आवृत्ति से कम है। हाई पास फिल्टर सर्किट यह सर्किट कम पास फिल्टर सर्किट के समान है, सिवाय इसके कि घटकों के अवरोधक और संधारित्र को आपस में जोड़ा जाता है जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।हाई पास फिल्टर सर्किटदो निष्क्रिय तत्व रोकनेवाला और संधारित्र एक संकेत की कट-ऑफ आवृत्ति से अधिक आवृत्तियों की अनुमति देने के लिए श्रृंखला संयोजन में जुड़े हुए हैं। संधारित्र में इनपुट वोल्टेज लगाने से एक सिग्नल का आउटपुट वोल्टेज रेसिस्टर के आर-पार प्राप्त होता है। इस प्रकार का फिल्टर फर्स्ट ऑर्डर हाई पास फिल्टर सर्किट के अंतर्गत आता है। दूसरे क्रम का एचपीएफ श्रृंखला में दो आरसी हाई पास फिल्टर सर्किट के कैस्केडिंग के अलावा और कुछ नहीं है। दूसरे क्रम के एचपीएफ में पासबैंड के लाभ में वृद्धि + 40 डीबी / दशक की दर से होगी। निष्क्रिय आरसी एचपीसी निष्क्रिय आरसी उच्च पास फिल्टर सर्किट को प्रतिरोधी और संधारित्र (निष्क्रिय आरसी एचपीएफ) जैसे दो संयोजनों में डिज़ाइन किया जा सकता है; रोकनेवाला और प्रारंभ करनेवाला (निष्क्रिय आरएल एचपीएफ) आवेदन के आधार पर। निष्क्रिय आरसी एचपीएफ का उपयोग ऑडियो या कम आवृत्ति रेंज पर अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। निष्क्रिय आरएल एचपीएफ सर्किट का उपयोग आरएफ या उच्च आवृत्ति श्रेणियों में अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। उच्च पास फ़िल्टर सर्किट को एक निष्क्रिय आरसी उच्च पास फ़िल्टर भी कहा जाता है क्योंकि एक प्रतिरोधी और संधारित्र जैसे निष्क्रिय तत्वों के उपयोग के कारण। मुख्य लाभ यह है कि किसी बाहरी बिजली की आपूर्ति या किसी भी प्रवर्धन घटकों को लागू करने की कोई आवश्यकता नहीं है। निष्क्रिय आरसी एचपीएफ एक साधारण आरसी एचपीएफ सर्किट है जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है। कैपेसिटर और रेसिस्टर श्रृंखला में जुड़े हुए हैं जहां आउटपुट वोल्टेज को रेसिस्टर में विकसित किया जाता है। संधारित्र की प्रतिक्रिया के कारण, फ़िल्टर कट-ऑफ आवृत्ति से अधिक सिग्नल की केवल उच्च आवृत्तियों की अनुमति देता है और कट-ऑफ आवृत्ति के नीचे सिग्नल की निचली आवृत्तियों को अवरुद्ध करता है। विशेषताएं इन उच्च पास फ़िल्टर विशेषताओं को आवृत्ति प्रतिक्रिया और आउटपुट सिग्नल की चरण शिफ्ट के संदर्भ में समझाया गया है। आदर्श लक्षण एचपीएफ की मुख्य विशेषता यह है कि यह कट-ऑफ आवृत्ति से अधिक सभी उच्च आवृत्ति घटकों को अनुमति देता है और सभी कम आवृत्तियों को क्षीण करता है एक संकेत, जो कट-ऑफ आवृत्ति से कम है। एक एचपीएफ की आदर्श विशेषताओं को नीचे दिखाया गया है। पासबैंड को एचपीएफ के रूप में संदर्भित किया जाता है जो उच्च आवृत्तियों की अनुमति देता है जो कट-ऑफ आवृत्ति से अधिक होते हैं। यह फ़िल्टर कम आवृत्तियों को क्षीण करता है, जिसे स्टॉपबैंड कहा जाता है।हाई पास फिल्टर फ्रीक्वेंसी रिस्पांस के आदर्श लक्षण आउटपुट सिग्नल की आवृत्ति सीधे लाभ के समानुपाती होती है। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, लाभ बढ़ता है। आरसी हाई पास फिल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया एक संधारित्र की प्रतिक्रिया पर निर्भर करती है। संधारित्र एक सिग्नल की कम आवृत्तियों को क्षीण करने के लिए आवश्यक मात्रा में प्रतिक्रिया या उच्च प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है, यानी कट-ऑफ आवृत्ति के नीचे। संधारित्र की कम प्रतिक्रिया पर, RC उच्च पास फ़िल्टर सिग्नल के उच्च-आवृत्ति घटकों को अनुमति देता है, अर्थात कट-ऑफ आवृत्ति से अधिक। लेकिन, व्यावहारिक रूप से, आरसी उच्च पास फ़िल्टर इसकी कट-ऑफ आवृत्ति के नीचे कम आवृत्तियों की अनुमति देता है। उच्च आवृत्तियों पर प्रतिक्रिया कम/शून्य होने पर आरसी उच्च पास फ़िल्टर का लाभ एकता बन जाता है। यानी आउटपुट वोल्टेज दिए गए इनपुट वोल्टेज के समान है। उच्च आवृत्तियों की अनुमति देने और कम आवृत्तियों को अस्वीकार करने के लिए, कैपेसिटिव रिएक्शन आवृत्ति में वृद्धि के साथ घट जाती है, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट वोल्टेज और लाभ में वृद्धि होती है। कैपेसिटिव रिएक्शन के रूप में दिया जाता है,Xc = 1/2πfcजहाँ 'fc' = Hz'Xc' में कट-ऑफ फ़्रीक्वेंसी = कैपेसिटिव रिएक्शनएक RC हाई पास फ़िल्टर की फ़्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स और फ़ेज़ शिफ्ट विशेषताएँ नीचे दिखाई गई हैं।आरसी एचपीएफ लक्षण आकृति से, हम देख सकते हैं कि कम आवृत्तियों को अवरुद्ध/अस्वीकार कर दिया जाता है और जब आवृत्ति कट-ऑफ आवृत्ति और आर = एक्ससी पर होती है तो आउटपुट वोल्टेज + 20 डीबी/दशक तक बढ़ जाती है। आरसी हाई पास फ़िल्टर उच्च आवृत्तियों (कट-ऑफ आवृत्ति से अनंत तक) की अनुमति देता है जब आउटपुट वोल्टेज 0.7071 या इसके इनपुट वोल्टेज का 70.71% होता है, यानी -3 डीबी इनपुट और आउटपुट स्तर (20 लॉग वाउट/विन की गणना करके)। इसका मतलब है कि एचपीएफ की आवृत्ति प्रतिक्रिया है, कट-ऑफ आवृत्ति से अनंत तक उच्च आवृत्ति संकेतों की अनुमति है। कट-ऑफ आवृत्ति पर, इनपुट सिग्नल और आउटपुट सिग्नल की चरण शिफ्ट समान होती है, यानी 45 डिग्री पर। जब सिग्नल की आवृत्ति कट-ऑफ आवृत्ति से अधिक होती है, तो चरण कोण शून्य होता है। इसका मतलब है कि आउटपुट सिग्नल उच्च आवृत्तियों पर इनपुट सिग्नल के संबंध में चरण में है। संधारित्र के चार्ज और डिस्चार्ज में लगने वाला समय समय स्थिर के रूप में व्यक्त किया जाता है, जिसे 'τ' द्वारा दर्शाया जाता है। RC हाई पास फ़िल्टर का समय स्थिरांक इस प्रकार दिया जाता हैτ = RC = 1/2πfcω = 1/τ = 1/RC RC RC HPF की कट-ऑफ आवृत्ति इस प्रकार दी जाती है, fc= 1/2πRC RC RC HPF की फेज़ शिफ्ट है के रूप में दिया गया हैΦ=tan-1 (1/2πfRC)जहाँ 'fc' = Hz'f' में कट-ऑफ आवृत्ति = Hz'R' में ऑपरेटिंग आवृत्ति = ohms'C' में प्रतिरोध का मान= फैराड्सहाई पास में संधारित्र का मान Op-Amp का उपयोग करके फ़िल्टर करें op-amp का उपयोग करके उच्च पास फ़िल्टर डिज़ाइन करना और कार्यान्वित करना बहुत आसान है क्योंकि यह सीमित संख्या का उपयोग करता है। इलेक्ट्रॉनिक घटकों का और शोर और गुंजन को दूर करता है। op-amp का उपयोग करके उच्च पास फ़िल्टर का सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है। निष्क्रिय आरसी एचपीएफ प्रवर्धन और वोल्टेज लाभ नियंत्रण के लिए गैर-इनवर्टिंग ऑप-एम्प से जुड़ा है।Op-Amp का उपयोग कर हाई पास फ़िल्टर आउटपुट op-amp की ओपन-लूप विशेषताओं द्वारा सीमित है। RC HPF का आउटपुट आउटपुट सिग्नल के वोल्टेज लाभ के प्रवर्धन और नियंत्रण के लिए एक op-amp पर लागू होता है। Op-amp का उपयोग करके उच्च पास फ़िल्टर का वोल्टेज लाभ Aᵥ = Vout/Vin = Af (f) के रूप में दिया जाता है। /fc)/√(1+(f/fc)2) जहां Av= dB में वोल्टेज लाभ = 1+R2/R1Af = पासबैंड गेनfc = Hzf में कट-ऑफ आवृत्ति = Hz में ऑपरेटिंग आवृत्ति जब f <fc (कम आवृत्तियों) , तब Vout/Vin < Afजब f = fc (कट-ऑफ आवृत्ति पर), तब Vout/Vin=Af/2 ^½ = 0.7071Afजब f > fc (उच्च आवृत्तियों), तब Vout/Vin = Af की बंद-लूप बैंडविड्थ Op-amp HPF की उच्चतम आवृत्ति निर्धारित करता है, जिसमें निरंतर पासबैंड लाभ Af होता है। वोल्टेज लाभ का परिमाण Av (dB) = 20 लॉग (Vout/Vin) -3dB = 20 लॉग (0.707 Vout / Vin) के रूप में दिया जाता है। ) सक्रिय उच्च पास फ़िल्टर यदि उच्च आवृत्तियों की अनुमति देने और कम आवृत्तियों को अस्वीकार करने के लिए RC उच्च पास फ़िल्टर op-amp जैसे सक्रिय तत्व से जुड़ा है, तो इसे सक्रिय HPF कहा जाता है। सक्रिय एचपीएफ की आवृत्ति प्रतिक्रिया और चरण बदलाव आरसी एचपीएफ के समान है। सक्रिय हाई पास फिल्टर का उद्देश्य वोल्टेज लाभ को नियंत्रित करना और आउटपुट सिग्नल को बढ़ाना है। प्रवर्धन के लिए सक्रिय हाई पास फिल्टर का सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है।प्रवर्धन के लिए सक्रिय एचपीएफ आरसी एचपीएफ सर्किट गैर-इनवर्टिंग ऑप-एम्प से जुड़ा है। निष्क्रिय हाई पास फिल्टर के आउटपुट और कट-ऑफ आवृत्ति को op-amp द्वारा नियंत्रित किया जाता है। जहां op-amp की बैंडविड्थ और गेन विशेषताएँ कट-ऑफ आवृत्ति निर्धारित करती हैं। इस प्रकार का फ़िल्टर बैंडपास फ़िल्टर के रूप में कार्य करता है। op-amp आउटपुट सिग्नल के आयाम को बढ़ाता है और पासबैंड का आउटपुट वोल्टेज गेन 1+R2/R1 के रूप में दिया जाता है, जो लो पास फिल्टर के समान है। ट्रांसफर फंक्शन हाई पास फिल्टर ट्रांसफर फंक्शन को प्राप्त करने के लिए, हम करेंगे ऊपर दिखाए गए अनुसार एक निष्क्रिय आरसी एचपीएफ सर्किट पर विचार करें। उपरोक्त सर्किट से, वीओ = प्रतिरोधी में आउटपुट वोल्टेजवी = संधारित्र में लागू इनपुट वोल्टेज इनपुट और आउटपुट दोनों तरफ लाप्लास ट्रांसफॉर्म लेकर, एच (एस) = वीₒ (एस) / Vᵢ(s)H(s)=R/(R+(1/sC))उपरोक्त समीकरण बन जाता है,H(s)=sCR/(1+sCR)उपरोक्त समीकरण में s=jw को प्रतिस्थापित करने परH(jω)=jωCR /(1+jωCR)फिर समीकरण बन जाता हैHPF ट्रांसफर फ़ंक्शन का परिमाण इस प्रकार दर्शाया जाता है|H(jω)|=ωCR/√(1+(ωCR)^2) यदि ω = 0, तो HPF ट्रांसफर फ़ंक्शन = 0यदि = 1/सीआर, फिर एचपीएफ ट्रांसफर फ़ंक्शन = 0.707यदि ω = अनंत, तो एचपीएफ ट्रांसफर फ़ंक्शन = 1इसलिए उपरोक्त स्थानांतरण फ़ंक्शन विशेषताओं से पता चलता है कि निष्क्रिय आरसी उच्च पास फ़िल्टर उच्च आवृत्तियों को कट ऑफ आवृत्ति से i तक की अनुमति दे सकता है अनंत यानी, 0 से 1 तक भिन्न होता है यदि 0 से अनंत तक भिन्न होता है। बटरवर्थ एचपीएफ बटरवर्थ हाई पास फिल्टर एचपीएफ के प्रकारों में से एक है, जो पासबैंड में फ्लैट आवृत्ति प्रतिक्रिया प्रदान करता है। इसकी सपाट आवृत्ति प्रतिक्रिया के कारण, कोई तरंग नहीं होगी। इसे एक फ्लैट-फ्लैट फिल्टर के रूप में भी जाना जाता है, जिसका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां पासबैंड का बंद-लूप लाभ एकता है। पहले क्रम के बटरवर्थ हाई पास फिल्टर का सर्किट आरेख और आवृत्ति प्रतिक्रिया नीचे दिखाया गया है। ये बहुत आसान हैं, और डिजाइन करने में आसान हैं।बटरवर्थ एचपीएफपहले ऑर्डर बटरवर्थ एचपीएफ के लिए लाभ +20डीबी/दशक की दर से बढ़ता है और दूसरे ऑर्डर बटरवर्थ एचपीएफ के लिए यह +40डीबी/दशक होगा।बटरवर्थ एचपीएफ विशेषताएँ अनुप्रयोग हाई पास फिल्टर के अनुप्रयोग सिग्नल को बढ़ाने के लिए स्पीकर हैं इमेज प्रोसेसिंग डीसी करंट को बढ़ाने और एसी कपलिंग कंट्रोल सिस्टम और ऑडियो प्रोसेसिंग सिस्टम के लिए उपयोग किया जाता है। टेलीफोन में डीएसएल स्प्लिटर्सआरएफ एप्लिकेशनइस प्रकार, यह सब हाई पास फिल्टर (सक्रिय और निष्क्रिय दोनों प्रकार) के अवलोकन के बारे में है। - परिभाषा, सर्किट, बटरवर्थ एचपीएफ, ओप-एम्प का उपयोग कर एचपीएफ, और इसके अनुप्रयोग। यहां आपके लिए एक प्रश्न है, "हाई पास फिल्टर के फायदे और नुकसान क्या हैं?"

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