Bộ lọc thông cao hoàn toàn ngược lại với mạch lọc thông thấp vì hai thành phần được hoán đổi cho nhau. Tín hiệu đầu ra của bộ lọc được lấy từ điện trở.

Trong khi bộ lọc thông thấp chỉ cho phép tín hiệu đi qua tại một điểm dưới tần số cắtƒc. Đây là mạch lọc thông cao thụ động đúng như tên gọi của nó. Chỉ có điểm trên tần số cắt đã chọn mới được truyền đi, trong khi ƒc sẽ cắt tất cả các tín hiệu tần số thấp khỏi dạng sóng. Hãy xem xét mạch điện bên dưới.

Mạch lọc thông cao

Trong chu trình này, điện kháng của tụ điện rất cao ở tần số thấp. Do đó tụ điện hoạt động như một mạch hở và chặn tất cả các tín hiệu đầu vào tại VIN. Cho đến khi đạt đến điểm tần số giao nhau (ƒC) phía trên điểm tần số giao nhau này. Độ phản kháng của tụ điện giảm đủ để hoạt động giống như một mạch ngắn. Đưa tất cả tín hiệu đầu vào trực tiếp đến đầu ra. Như thể hiện bên dưới trong đường cong phản hồi của bộ lọc.

Đáp ứng tần số của bộ lọc thông cao bậc 1

Đồ thị Bode hoặc đồ thị đáp ứng tần số ở trên cho bộ lọc thông cao thụ động hoàn toàn ngược lại với đồ thị cho bộ lọc thông thấp, trong đó tín hiệu bị suy yếu hoặc tắt dần ở tần số thấp. Đầu ra tăng +20dB/Thập kỷ (6dB/Quãng tám) cho đến khi đạt đến tần số cắt (ƒc), tại đó R = Xc một lần nữa, với đường cong đáp ứng mở rộng từ vô cực đến tần số cắt. trong đó biên độ của điện áp đầu ra là 1/√2 = 70,7% giá trị tín hiệu đầu vào hoặc -3dB (20 log (Vout/Vin)) của giá trị đầu vào.

Chúng ta cũng có thể thấy rằng góc pha (Φ) của tín hiệu đầu ra sớm hơn góc pha của tín hiệu đầu vào. Và nó bằng +45o ở tần số ƒc. Đường cong đáp ứng tần số của bộ lọc này cho biết bộ lọc có thể truyền toàn bộ tín hiệu lên đến vô cực. Tuy nhiên, trên thực tế, phản ứng của bộ lọc không mở rộng đến vô cực. Nhưng nó bị hạn chế bởi đặc tính điện của các linh kiện được sử dụng.

Tần số cắt cho bộ lọc thông cao bậc nhất có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng các phương trình tương tự như đối với bộ lọc thông thấp. Nhưng phương trình dịch pha được sửa đổi một chút để tính đến góc pha dương như minh họa bên dưới.

Tần số cắt và độ dịch pha

Chi phí mở rộng mạch Av Được định nghĩa là Vout/Vin (kích thước) và được tính như sau:

Ví dụ về bộ lọc thông cao số 1

Tính toán tần số cắt hoặc "điểm ngắt" (ƒc) cho một bộ lọc thông cao thụ động đơn giản bao gồm một tụ điện 82pF được kết nối nối tiếp với một điện trở 240kΩ.

Bộ lọc thông cao bậc hai

Tương tự như bộ lọc thông thấp, các tầng lọc thông cao có thể được nối tiếp để tạo thành bộ lọc bậc hai (hai cực), như minh họa.

Bộ lọc thông cao bậc hai

Mạch trên sử dụng hai bộ lọc bậc nhất được kết nối hoặc xếp lớp với nhau. Để tạo mạng thông cao thứ hai hoặc hai đầu cuối. Sau đó, tầng lọc bậc nhất có thể được chuyển đổi thành tầng lọc bậc hai bằng cách sử dụng mạng RC bổ sung, giống như bộ lọc thông thấp bậc hai. Mạch lọc thông cao bậc hai thu được có độ dốc là 40dB/thập kỷ (12dB/quãng tám).

Tương tự như bộ lọc thông thấp, tần số cắt ƒc được xác định bởi cả điện trở và tụ điện như sau.

Trên thực tế, rất khó để kết hợp các bộ lọc thụ động xếp tầng để tạo ra bộ lọc bậc cao hơn. Vì trở kháng động của mỗi chuỗi bộ lọc sẽ ảnh hưởng đến các mạng lân cận, tuy nhiên, để giảm hiệu ứng tải, chúng ta có thể làm cho trở kháng của mỗi giai đoạn tiếp theo gấp 10 lần trở kháng của giai đoạn trước, do đó R2 = 10*R1 và C2 = 1/10 của C1.

Tóm tắt bộ lọc thông cao

Chúng ta đã thấy rằng bộ lọc thông cao thụ động hoàn toàn trái ngược với bộ lọc thông thấp. Bộ lọc này không có điện áp đầu ra từ DC (0Hz) đến tần số cắt được chỉ định (ƒc). Tần số cắt dưới mức này là 70,7% hoặc -3dB (dB = -20log VOUT/VIN) của mức tăng điện áp cho phép.

Dải tần số "bên dưới" điểm cắt ƒc này thường được gọi là Dải dừng, trong khi dải tần số "bên trên" điểm cắt này thường được gọi là Dải thông.

Tần số cắt, tần số góc hoặc điểm -3dB của bộ lọc thông cao có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng công thức chuẩn: ƒc = 1/(2πRC). Góc pha của tín hiệu đầu ra thu được khi ƒc là +45o. Nhìn chung, bộ lọc thông cao sẽ ít bị méo tiếng hơn bộ lọc thông thấp tương đương do tần số hoạt động cao hơn.

Một ứng dụng phổ biến của loại bộ lọc thụ động này là trong bộ khuếch đại âm thanh. Nó hoạt động như một tụ điện ghép nối giữa hai bộ khuếch đại. Và trong hệ thống loa để gửi tín hiệu tần số cao đến loa loại “tweeter” nhỏ trong khi chặn các tín hiệu âm trầm thấp. Hoặc sử dụng nó như một bộ lọc để giảm tiếng ồn hoặc độ méo tiếng ở tần số thấp. “Rumble” khi được sử dụng theo cách này trong các ứng dụng âm thanh Bộ lọc thông cao đôi khi được gọi là bộ lọc “cắt thấp” hoặc “cắt cơ sở”.

Điện áp đầu raVout Phụ thuộc vào hằng số thời gian và tần số của tín hiệu đầu vào như đã thấy trước đó. Khi một tín hiệu sin AC được đưa vào một mạch, mạch hoạt động như một bộ lọc thông cao bậc nhất đơn giản, nhưng nếu chúng ta thay đổi tín hiệu đầu vào thành tín hiệu sóng vuông với đầu vào theo bước gần như thẳng đứng, thì đáp ứng của mạch sẽ thay đổi đáng kể, tạo ra một mạch thường được gọi là mạch vi sai.

Bộ tách RC

Cho đến nay, dạng sóng đầu vào của bộ lọc được coi là sóng sin hoặc sóng sin bao gồm tín hiệu cơ bản và một số sóng hài hoạt động trong miền tần số. Điều này mang lại phản hồi bộ lọc trong miền tần số. Tuy nhiên, nếu chúng ta đưa vào đó tín hiệu sóng vuông, Hoạt động trong miền thời gian với bộ lọc thông cao, cung cấp đầu vào đáp ứng xung hoặc bước. Dạng sóng đầu ra sẽ bao gồm các xung hoặc xung nhọn có thời lượng ngắn như minh họa.

Mạch vi sai RC

Mỗi chu kỳ của dạng sóng đầu vào dạng sóng vuông tạo ra hai xung đột ở đầu ra. Một đỉnh là dương và một đỉnh là âm. Và biên độ của xung sẽ bằng với biên độ của đầu vào. Tốc độ suy giảm đột biến phụ thuộc vào hằng số thời gian (RC), giá trị của hai thành phần (t = R x C) và tần số đầu vào. Xung đầu ra sẽ ngày càng giống với hình dạng của tín hiệu đầu vào. Khi tần số tăng lên

‍