ハイパスフィルターとは？

「ハイパスフィルターは、XNUMXつのコンポーネントがフィルター出力信号と交換されているため、ローパスフィルター回路とは正反対です。ここでは、ローパスフィルターは信号がカットオフ周波数ポイントƒcを下回るようにのみ通過できるため、パッシブハイパスフィルター回路はその名前が示すように、選択されたカットオフポイントを超える信号のみを通過させます。波形。 ----- FMUSER"

コンテンツ

1) ハイパスフィルター回路

2) 1次ハイパスフィルターの周波数応答

3) カットオフ周波数と位相シフト

4) ハイパスフィルターの例No1

5) XNUMX次ハイパスフィルター

6) ハイパスフィルターの概要

7) RCの差別化要因

ハイパスフィルター回路

この回路配置では、コンデンサのリアクタンスは低周波数で非常に高いため、コンデンサは開回路のように機能し、カットオフ周波数ポイント（ƒC）に達するまでVINでの入力信号をブロックします。 

このカットオフ周波数ポイントを超えると、コンデンサのリアクタンスが十分に低下し、以下のフィルタ応答曲線に示すように、すべての入力信号を直接出力に渡すことができるように、短絡のように機能します。

関連項目： >>ローパスフィルターとは何ですか。ローパスフィルターの作成方法は？ 

1次ハイパスフィルターの周波数応答

上記のパッシブハイパスフィルターのボード線図または周波数応答曲線は、ローパスフィルターのそれとは正反対です。 ここで、信号は低周波数で減衰または減衰され、出力が+ 20dB / Decade（6dB / Octave）で増加し、周波数がカットオフポイント（ƒc）に到達します。 

無限大からカットオフ周波数まで伸びる応答曲線があり、出力電圧振幅は入力信号値の1 /√2=70.7％または入力の-3dB（20 log（Vout / Vin））です。値。

また、出力信号の位相角（Φ）は入力の位相角よりも高く、周波数ƒcで+ 45°に等しいことがわかります。 このフィルターの周波数応答曲線は、フィルターがすべての信号を無限に通過できることを意味します。 ただし、実際には、フィルタの応答は無限大には及ばず、使用するコンポーネントの電気的特性によって制限されます。

XNUMX次ハイパスフィルターのカットオフ周波数ポイントは、ローパスフィルターと同じ方程式を使用して見つけることができますが、位相シフトの方程式は、以下に示すように正の位相角を考慮して少し変更されています。

関連項目： >>ローパスフィルターの設計方法-サブウーファー？

カットオフ周波数と位相シフト

 

Vout / Vin（大きさ）として与えられ、次のように計算される回路ゲインAv。

ハイパスフィルターの例No1
82kΩ抵抗と直列に接続された240pFコンデンサで構成される単純なパッシブハイパスフィルターのカットオフまたは「ブレークポイント」周波数（ƒc）を計算します。

XNUMX次ハイパスフィルター
ここでも、ローパスフィルターと同様に、ハイパスフィルターステージをカスケード接続して、図のようにXNUMX次（XNUMX極）フィルターを形成できます。

 

上記の回路は、接続またはカスケード接続された2つの40次フィルターを使用して、12次またはXNUMX極のハイパスネットワークを形成します。 次に、XNUMX次ローパスフィルターと同じように、追加のRCネットワークを使用するだけで、XNUMX次フィルターステージをXNUMX次タイプに変換できます。 結果として生じるXNUMX次のハイパスフィルター回路は、XNUMXdB /ディケード（XNUMXdB /オクターブ）のスロープを持ちます。

ローパスフィルターと同様に、カットオフ周波数ƒcは、次のように抵抗器とコンデンサーの両方によって決定されます。

実際には、各フィルター次数の動的インピーダンスが隣接するネットワークに影響を与えるため、パッシブフィルターをカスケード接続してより高次のフィルターを生成することは、正確に実装することが困難です。 ただし、負荷の影響を減らすために、後続の各ステージのインピーダンスを前のステージの10倍にすることができるため、R2 = 10 * R1およびC2 = C1の10/1になります。

関連項目： >>ローパスフィルター：それはあなたが持っているものであり、あなたはそれを使ってやっています！ 

ハイパスフィルターの概要
パッシブハイパスフィルターはローパスフィルターと正反対です。 このフィルターには、指定されたカットオフ周波数（ƒc）ポイントまで、DC（0Hz）からの出力電圧はありません。 この下側のカットオフ周波数ポイントは、通過が許可されている電圧ゲインの70.7％または-3dB（dB = -20log VOUT / VIN）です。

このカットオフポイントƒcの「下」の周波数範囲は一般にストップバンドと呼ばれ、このカットオフポイントの「上」の周波数範囲は一般に通過帯域と呼ばれます。

ハイパスフィルターのカットオフ周波数、コーナー周波数、または-3dBポイントは、次の標準的な公式を使用して見つけることができます：ƒc= 1 /（2πRC）。 ƒcでの結果の出力信号の位相角は+ 45oです。 一般に、ハイパスフィルターは、動作周波数が高いため、同等のローパスフィルターよりも歪みが少なくなります。

このタイプのパッシブフィルターの非常に一般的な用途は、オーディオアンプのXNUMXつのオーディオアンプステージ間のカップリングコンデンサーとして、またスピーカーシステムにおいて、低域の低音信号をブロックしながら、高周波信号を小さな「ツイーター」タイプのスピーカーに送るか、またはフィルターとしても使用され、低周波ノイズや「ランブル」タイプの歪みを低減します。 

このようにオーディオアプリケーションで使用する場合、ハイパスフィルターは「ローカット」または「ベースカット」フィルターと呼ばれることがあります。

出力電圧Voutは、前述のように時定数と入力信号の周波数に依存します。 AC正弦波信号が回路に適用されると、単純な1次のハイパスフィルターとして動作します。 しかし、入力信号をほぼ垂直のステップ入力を持つ「方形波」形状の信号に変更すると、回路の応答が劇的に変化し、一般に微分器と呼ばれる回路が生成されます。

関連項目： >> RFフィルターの基本チュートリアル 

RCの差別化要因

これまで、フィルターへの入力波形は、正弦波または基本波信号と、周波数領域で動作するいくつかの高調波で構成される正弦波の波形であると想定されていました。 ただし、インパルスまたはステップ応答入力を与える時間領域で動作する方形波信号をハイパスフィルターに供給した場合、出力波形は、図に示すように短い持続時間のパルスまたはスパイクで構成されます。

RC微分回路

方形波入力波形の各サイクルは、出力にXNUMXつのスパイクを生成します。XNUMXつは正、もうXNUMXつは負で、その振幅は入力の振幅と同じです。 スパイクの減衰率は、両方のコンポーネントの時定数（RC）の値（t = R x C）および入力周波数の値に依存します。 周波数が高くなるにつれて、出力パルスは入力信号の形状にますます似ています。

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