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Mar 11 Wed 2009 08:31
铁氧体磁芯常识www.tool-tool.com

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铁氧体磁芯常识

newmaker

铁氧体磁芯上绕上线圈可制成电感器或变压器，它们广泛用于仪器仪表，通信设备和家用电器中。
铁氧体磁芯的材料牌号较多，几何形状也繁多，有柱形、工字形、帽形、单孔、双孔、四孔、 U 形、罐形、 E 形、 EI 形， EC 形、 RM 形， PQ 形、 EP 形，见附图所示。每一种形状的磁芯自成一系列，供用户选用。
在铁氧体磁芯上绕上线圈制成的电感器与同体积的空心线圈相比电感量大，而且 Q 值（品质因素）也高。如 Gu － 22×13 罐形磁芯，用它制成 4mH 的电感器时，只要绕 43 匝线圈就行了，如不用罐形磁芯，改为空心线圈，需绕 600 匝才能得到 4mH 的电感器。由此可见，使用了磁芯后，可大大缩小电感器或变压器的体积。

软磁铁氧体材料可分为两大类：镍锌材料和锰锌材料。一般镍锌材料的初始导磁率 μ i 约 10 至 1500 ，使用频率约从 5 百千赫至几百兆赫。一般锰锌材料的初始导磁率 μi 约从 400 ～ 10000 ，使用频率从几千赫至 500 千赫。
国内生产铁氧体磁芯的厂家很多，产品的命名方法各不相同，例如北京 798 厂生产的铁氧体材料命名为 NX0 － 10 ， MX0 － 2000 等。 NX0—10 材料中“ N ”表示镍，“ X ”表示锌，“ 0 ”表示氧化物，“ 10 ”是初始导磁率 μi 值，一般称这种材料为镍锌 10 ； MX0—2000 材料中“ M ”表示锰，“ X ”表示锌，“ 0 ”表示氧化物，“ 2000 ”是初始导磁率 μi 值。按国标规定，软磁铁氧体材料的命名方法是 R×× ，其中 R 表示“软”字汉语拼音的第一个字母， ×× 表示初始导磁率及材料特性。
铁氧体生产厂一般都提供磁芯的电感系数 A L 的数值。在常用的线圈中， A L 与电感量及匝数有下列关系：

L 是加上磁芯后的电感量，单位为毫微享（ nH ）， N 表示匝数（圈数）。 A 的单位是 nH ／匝 2 ¡ 由（ 1 ）式可知，如果已知磁芯的 A L 值和需要的 L 值，则可计算出匝数。例如，有一个罐形磁芯 Gu － 22×13 ，它的 A L =2200 ，用 φ0.21 漆包线打算在此磁罐上绕制一个 4mH 的电感器，则绕制匝数

由于生产厂提供的 A L 值为最小值，所以绕成的电感器的 L 值比 4mH 大，再调整圈数，使 L 值满足要求。如果有了磁芯，但不知 A L 值，可以先试绕一定圈数 N 1 ，测出加磁芯线圈的电感值 L 1 ，计算出 A L 值，即 A L =L 1 ／N1² ，然后再利用公式（ 1 ）计算匝数。上述介绍的匝数计算方法只适用于一般线圈，不适用于开关电源中线圈。（吴其）(end)

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、NSK高數主軸與馬達、專業模具修補工具-氣動與電動、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

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Mar 11 Wed 2009 08:10
电感设计的原则www.tool-tool.com

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摘要：开关电源中电感设计有许多限制条件，各自都对是否成功量产有直接影响，本文是磁性元件设计教程的重要的一章，主要介绍是什么在限制着电感，高频变压器等磁性元件的设计。
原则一：电感不饱和（感值下降不超出合理范围）
由磁滞回线图可以看出， H 加大时， B 值也同时增加，但 H 加大到一定程度后， B 值的增加就变得越来越缓慢，直至 B 值不再变化 (u 值越来越小，直至为零 ) ，这时磁性材料便饱和了。通常电路中使用的电感都不希望电感饱和（特殊应用除外，参看饱和电感及其在开关电源中的应用一文），其工作曲线应在饱和曲线以内， Hdc 称为直流磁场强度或直流工作点。

图 1 磁芯在直流工作点下的磁滞回线

对于储能滤波电感，由于需要承受一定的直流电流（低频电流相对与高频开关电流也可视为直流），也就是存在直流工作点 Hdc 不为零。磁芯需加气隙才能承受较大的直流磁通，如下图，所以该类电感通常选用铁粉芯做磁芯（有分散气隙）。

图 6.3 铁粉芯的磁导率与直流磁场强度关系图

由于磁芯加了分布气隙，其饱和过程就不是一个突变而是一个渐变的过程，所以电感的不饱和问题就转化为电感感值在直流量下的合理下降问题。
对于 PFC 、 BOOST 、 BUCK 以及 DC-DC 电感，电感的取值通常由设计要求最大纹波电流（ Ripple Current ）来决定（通常设计指标是最大纹波电流百分比Rripple-percent ）。
其中，对于 BUCK 和 DC-DC 电感，其直流工作点（ IAVG ）相对恒定，如图

图 6.4 BUCK&DC-DC 电感的电流波形图

R_{ripple-percent}=ΔImax/IavgΔImax是纹波电流峰峰值

这是在最大直流工作点时，所需的电感最小感值
电感初始感值与最大直流工作点下感值的关系
Lmin=Linitial×udc％
其中udc％与Hdc(Hdc=NIAVG/l)直接相关，只要计算出Hdc，udc％可从磁芯厂商提供的图表或计算公式得到。通常，无论如何设计，在最大直流工作点处，udc％都不应低于初始磁导率的 30 ％，否则将导致感值摆动太大而对控制器产生不利影响。
对于 PFC 、 BOOST 电感，其直流工作点是 50Hz/60Hz 的工频信号，并不固定，如下图。

图 6.4 PFC&BOOST 电感的电流波形图

此时，最大纹波电流百分比Rripple-percent定义为最大纹波电流与额定输入电压下的电感电流峰值之比。

注意， BOOST 拓扑的最大纹波电流发生在输入瞬时电压为 BUS 电压一半处，此时占空比为 0.5 。

注意，此处的直流工作点是输入瞬时电压为 BUS 电压一半时对应的输入瞬时电流。
同时，在最恶劣条件的最大直流工作点下（低压满载输入电流的峰值），udc％也都不应低于初始磁导率的 30 ％。
对于 INV 电感，电感的取值通常看控制器能否可靠限流来决定。
由于 INV 电感需承受 RCD 等非线性冲击负载，所以 UPS 通常有波峰因数比大于 3 ： 1 的要求，考虑实际逆变限流会稍大于 3:1 ，通常取到 4 ： 1 ，所以， INV 电感的最大直流工作点可以设为 4:1 （ 4 倍于额定负载下的电感电流有效值）。当然，若波峰因数规格要求改变，需要做相应调整。
最大直流工作点下，udc％不应低于初始磁导率的 30 ％，否则很可能造成限流不可靠而损坏 INV 开关管。
感值确定后，选择恰当的磁芯，查规格可得其 AL 值，用以下公式就可算出匝数。

原则二：电感损耗导致的温升在允许的范围内（考虑使用寿命）
电感主要由磁芯、线圈组成，所以其温度要求也由这两方面的限制构成。
磁芯（ Core ）：
储能电感的磁芯有铁粉芯、铁硅铝粉芯、铁氧体等构成，目前使用最多的是铁粉芯。铁粉芯存在高温老化导致失效的问题，其失效机理可解释如下：铁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成，绝缘介质通常是高分子聚合物－树脂类构成，其在高温下绝缘性能会慢慢劣化，铁磁材料间的电阻会越来越小，从而磁芯的涡流损耗越来越大，大的损耗导致更高的温升，这样便形成了正反馈，这称为热跑脱效应（ Thermal Run away ）。铁粉芯磁芯的寿命便是由热跑脱效应决定的，其与温度、工作频率和磁通密度都有关系。目前公司使用较多的 MicroMetals 公司的铁粉芯存在上述问题。但也需提醒的是，如绝缘介质无高温劣化问题，磁芯便不会有热跑脱效应，这与各公司的使用的材料和工艺有关，并不绝对。
磁芯的温升与磁芯损耗直接相关，如前所述，磁芯损耗主要由磁滞损耗和涡流损耗构成，对于粉芯类磁芯，由于磁材料间绝缘阻抗很大，涡流损耗几乎可以忽略不计（但热跑脱效应是由于涡流损耗越来越大引起）。磁滞损耗只与频率和交流磁通密度ΔB(磁滞回线面积）有关，与其直流工作点磁通密度Bdc关系不大，以下公式是 MicroMetals 公司铁粉芯磁芯损耗计算的经验公式：

其中f为开关工作频率， B （单位 Gauss ）为一个开关周期内交流磁通密度的峰值，其为个开关周期内交流磁通密度峰峰值的一半（ΔB=2B）。a,b,c,d为常数，与材质有关，常用材质常数见下表。

对于 BUCK 和 DC-DC 电感，稳态工作时，脉宽也基本稳定，所以 B 值很容易确定。但对于 PFC 、 BOOST 和 INV 电感，其脉宽一直是变动的， B 值也一直是变动的，所以在一个工频周期内的瞬时损耗也是不定的，这时的损耗应以一个工频周期的平均值Pcore-loss-avg来衡量。
我们知道最大电流纹波发生在输入（或输出）是输出（或输入）电压一半的时候得到，其实此时也是瞬时交流磁通密度达到最大的时候，称之为 Bpeak，所以此时的瞬时损耗也达到最大。经过理论计算与实践检验，发现最恶劣条件下Pcore-loss-peak 与Pcore-loss-avg 有如下关系：
BOOST 拓扑：Pcore-loss-avg＝ 0.7 × Pcore-loss-peak
INV 部分：Pcore-loss-avg＝ K × Pcore-loss-peak
其中 K 与电路拓扑以及输出电压调制比（Vo-pp/2Vbus）有关。下图是半桥和全桥逆变拓扑的电压调整率与 K 的关系。

图 6.4 平均功率与峰值功率比和电压调整率关系图

公司目前 BUS 电压介于 340V~400V 间，所以电压调整率介于 0.7~0.9 间，由图可看出 K 介于 0.35~0.6 范围。
线圈（ Coil ）：
线圈的损耗是电流在导线电阻上产生的。电感中导线的电流通常包含工频或直流成分的低频电流和开关频率的高频电流。
其电流有效值为 Irms=Irms-LF+Irms-HF
为简化计算，当最大纹波电流小于 20 ％时，可基本忽略其影响，Irms=Irms-LF，当最大纹波电流大于 20 ％时，需计算此电流的有效值Irms=Irms-LF+Irms-HF。同时，当最大纹波电流大于 20 ％时，需考虑导线的趋肤效应的影响，否则，可以忽略。
导线的损耗与电流密度有直接的关系，通常电流密度都会在感值与绕线系数间折中。
在自然冷却条件下： J通常取（ 2 ～ 3 A/mm2 ）
在风冷条件下： J通常取（ 4 ～ 9 A/mm2 ）
磁损与铜损的比例：
磁芯的材料（除硅钢片较好外）通常是热的不良导体，热阻较高，而铜线是热的良导体，热阻很小。再加上通常用的环形磁芯都是线圈包住铁芯（内铁式）。因此线圈上的热量可以较磁芯上的热量更好地散发出去。为保证铁芯温度可以受控制，

电感允许的温度在《元器件温升设计参考规范》中已有定义。
原则三：电感的工艺要求可以达成
电感理论设计完成后，就需要考虑工程实现的问题了。
需考虑的工艺问题有：
1 、电感线圈是否可绕得下
这个问题也是就电感铜窗利用率（有效绕线系数）的问题。
Kcu=Acu/Aw其中Acu是有效导体面积，Aw是磁芯的铜窗面积
对于大多数磁芯，绕线系数要求
最低要求 Kcu≤45％
较佳的设计Kcu≈40％这样的磁芯利用率最高
2 、线圈的绕法
电感线圈的绕法主要有循环式、往复式、渐进式三种。

循环式绕法是导线一直沿同一个方向绕制，多层导线之间相互叠压。
优点：可机器自动绕制，绕线系数高。
缺点：绕线起始端与结束端几乎没有间距，层间压差大，高压应用时易导致因压差过高而导线绝缘失效。
往复式绕法是导线绕完一层后反方向再绕下一层后，多层导线之间相互叠压。起始端与结束端有间距分开。
优点：可机器自动绕制；起始端与结束端有间距分开，可部分解决压差大导致的导线绝缘失效问题。
缺点：绕线起始端与结束端有间距分开，绕线系数不高。
渐进式绕法是导线由起始端沿一个方向绕到结束端，导线不分层。
优点：导线间压差小，绕线起始端与结束端有间距分开，适合高压应用。
缺点：需手工绕制，效率低，成本高；绕线零乱，绕线系数低。
实际应用时，需根据电感工作的电压来决定选用何种绕法，但由于渐进式绕法的效率低、成本高，非不得已不要选用。
3 、误差的确定
由于磁芯材料的磁参数均有较大的分布误差，批次不同或厂商不同则差异可能更大，通常为± 15 ％～ 25 ％，所以设计时需考虑在参数偏差时所造成的影响。(end)

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Mar 10 Tue 2009 21:11
日本語ハイパスフィルタ www.tool-tool.com

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理想的なフィルタ回路の周波数特性
（実際にはこのような周波数特性は取れない）

ハイパスフィルタ（High-pass filter: HPF）はフィルタ回路の一種で、高周波を良く通し、遮断周波数より低い周波数の帯域を通さない（減衰させる）フィルタである。日本語では「高域通過濾波器」とも言われる。また英語では「low-cut filter」とも言われ、これは「bass-cut filter」または「rumble filter」としてオーディオ機器などで使用される。ハイパスフィルタはローパスフィルタと対称の関係にあり、バンドパスフィルタはハイパスフィルタとローパスフィルタの組み合わせである。

より高い周波数成分の複雑な信号に含まれる必要のない低周波成分を取り除くのに有用なフィルタである。もちろん「ロー（低い）」「ハイ（高い）」周波数は、フィルタの設計者によって選ばれた遮断周波数に関連がある。

回路例 [編集]

CとRを用いた回路 [編集]

コンデンサと抵抗器によるハイパスフィルタ

最も簡単なハイパスフィルタは、入力信号に並列する抵抗器と入力信号と直列するコンデンサから成り立っている。抵抗値と容量値の積(R×C)は時定数（τ）といい、遮断周波数に逆比例する、またこのときの出力電圧は入力電圧の半分になる（−3dB）。

$f ={1 \over 2 \pi \tau} = {1 \over 2 \pi R C}$

fは周波数[Hz]、τは時定数[s]、Rは抵抗値[Ω]、Cは容量値[F]。

入力電圧値: |V_in| [V]
出力電圧値: |V_out| [V]
角周波数: ω[rad](=2πf)
コンデンサ・キャパシタ容量値: C [F]
抵抗値: R [Ω]

とした場合、

電圧利得の周波数特性は

$\frac{|V_{out}|}{|V_{in}|} = \sqrt{ \frac{\omega ^2 C^2 R^2}{ 1 + \omega ^2 C^2 R^2}}$

ただし、 $20 \log \frac{|V_{out}|}{|V_{in}|}$ [dB]として表すのが一般的である。

位相のずれの周波数特性は

$\theta = -\tan^{-1} \left(\omega ^2 C^2 R^2 \right)$

となる。なお、この場合、θの単位は[rad]（ラジアン）である。

実用例 [編集]

干渉もしくはスピーカーの破損を防ぐため、低い帯域の信号をブロックし、直接高周波をツイーターに入れる場合に使用される。コンデンサーの代りのコイルを使用するとローパスフィルタになり、低い周波数帯域のためのウーファーになる。

ディジタル画像処理の分野では、ハイパスフィルタとローパスフィルタは周波数領域に変換するために使用される。

ほとんどのハイパスフィルタはDC（0Hz）ではゼロ利得となる。この特徴を利用し、ある信号において必要のない信号としてDCを取り除いてほかの周波数帯域を通過させる、非常に低い遮断周波数のハイパスフィルタがある。これを「DC blocking filter」と呼ぶ。

Filtro passivo passa alto [modifica]

Schema di filtro passa-alto passivo

Il filtro passa alto passivo tra i più semplici filtri da realizzare è il circuito CR in serie, prelevando il segnale di uscita ai capi del resistore, che ha la caratteristica di far passare tutte le componenti di frequenza comprese tra la frequenza di taglio che dipende dalle caratteristiche degli elementi e la frequenza (teoricamente) infinita. Al di sotto della frequenza di taglio, il filtro attenua le componenti in frequenza del segnale.

Possiamo calcolare la funzione di rete più appropriata utilizzando il metodo operatoriale o il metodo simbolico, per esempio calcolando con la leggi di Kirchhoff:

$\mathbf{V}_{out} = \frac{j \omega R}{\frac{1}{C} + j \omega R} \mathbf{V}_{in}$

oppure calcolare direttamente la funzione di trasferimento:

$k(j\omega) = \frac{1}{1 + \frac{1}{j \omega \tau}}$

dove τ = RC è la costante di tempo caratteristica del circuito. A seconda dell'ingresso la funzione di trasferimento definisce completamente la risposta del circuito a qualsiasi segnale in ingresso. A noi però interessa qui solo la sua risposta in frequenza per cui troviamo che l'ampiezza:

$|k(j \omega)| = \frac{\omega \tau}{\sqrt{1 + \omega^2 \tau^2}}$

e fase:

$\phi(\omega) = arctan \frac{1}{\omega \tau}$

Graficando queste due quantità tramite i diagrammi di Bode si vede che l'ampiezza rimane costante dalla frequenza di taglio che si ricava imponendo per definizione:

$|k(j \omega)| = \frac{1}{\sqrt 2}$

che corrisponde ad una attenuazione del segnale di 3 dB, ottenendo:

$\omega_t = \frac{1}{\tau} \, \, \rightarrow \, \, f_t = \frac{1}{2 \pi \tau}$

Prima di tale valore l'ampiezza del segnale è una retta crescente di 20 dB per decade. I valori asintotici dell'ampiezza e della fase sono:

$|k(j \omega)| = 0 \, \, \, \omega = 0$

che significa che il sistema RC non trasmette il segnale in continua,

$|k(j\omega)| \to 1 \, \, \, \omega \to \infty$

che significa appunto che l'ampiezza si annulla per basse frequenze, mentre per la fase:

$\phi(\omega) = \frac{\pi}{2} \, \, \, \omega = 0$

$\phi(\omega) = 0 \, \, \, \omega \to \infty$

$\phi(\omega) = \frac{\pi}{4} \, \, \, \omega = \omega_t$

Notiamo che se $\omega \gg \frac{1}{\tau}$ la funzione di trasferimento:

$|k(j\omega)| \simeq \frac{1}{\sqrt{1/ \omega^2 \tau^2}} = \omega \tau$

che appunto conferma che l'ampiezza cresce linearmente con la frequenza del segnale.

Derivatore [modifica]

Per approfondire, vedi la voce Circuito RC.

Il filtro passivo passa alto ha un'equazione dinamica lineare che descrive il circuito è:

$\frac{d v_{in}(t)}{dt} = \frac{v_{out}}{RC} + \frac{d v_{out}}{dt}$

oppure riscritta:

$\frac{d(v_{in} - v_{out})}{dt} = \frac{v_{out}}{RC}$

Ora se vale la condizione $v_{out} \ll v_{in}$ cioè se la caduta di tensione ai capi di R è molto piccola rispetto alla caduta di potenziale ai capi di C, allora si ha come soluzione:

$v_{out} \simeq RC \frac{dv_{in}}{dt}$

cioè come si vede il segnale di uscita è proporzionale alla derivata del segnale in ingresso, realizzando un derivatore. Si può anche vedere più esplicitamente che per realizzare un derivatore ideale dovremmo avere in termini di frequenza:

$\mathbf{V}_{out} (\omega) = \lambda \omega \mathbf{V}_{in}$

cioè dovrebbe avere una funzione di trasferimento:

k(jω) = λω

dove λ è un fattore costante di proporzionalità. In base alla risposta in frequenza del filtro passa alto vediamo che il filtro approssima bene un derivatore solo per $\omega \tau \ll 1$ nella regione delle basse frequenze che ha impedenza capacitiva C alta.

Per un derivatore più preciso si deve utilizzare un elemento attivo come l'amplificatore operazionale che permette di produrre un derivatore analogico molto efficiente.

Voci correlate [modifica]

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Mar 10 Tue 2009 20:15
Français Filtre passe-haut www.tool-tool.com

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Image sur laquelle a été appliqué un filtre passe-haut (résultat à droite)

Un filtre passe-haut est un filtre qui laisse passer les hautes fréquences et qui atténue les basses fréquences, c'est-à-dire les fréquences inférieures à la fréquence de coupure. Il pourrait également être appelé filtre coupe-bas. Le filtre passe-haut est l'inverse du filtre passe-bas et ces deux filtres combinés forment un filtre passe-bande.

Le concept de filtre passe-haut est une transformation mathématique appliquée à des données (un signal). L'implémentation d'un filtre passe-haut peut se faire numériquement ou avec des composantes électroniques. Cette transformation a pour fonction d'atténuer les fréquences inférieures à sa fréquence de coupure f_c et ce, dans le but de conserver uniquement les hautes fréquences. La fréquence de coupure du filtre est la fréquence séparant les deux modes de fonctionnement idéaux du filtre : bloquant ou passant.

Sommaire

[masquer]

Filtre idéal [modifier]

Un filtre idéal serait un filtre capable de couper très nettement à sa fréquence de coupure. Dans la réalité, un filtre possède sa fréquence de coupure au gain Gmax -3 dB et ensuite ce gain décroît de -20 dB par décade (filtre de 1^er ordre).

Filtre passe-haut analogique [modifier]

Un filtre passe-haut peut être implémenté de façon analogique avec des composantes électroniques. Par conséquent, ce genre de filtre s'applique sur des signaux continus en temps réel. Les composantes et la configuration du circuit fixeront les différentes caractéristiques du filtre, telles que l'ordre, la fréquence de coupure et son diagramme de Bode. Les filtres analogiques classiques sont du premier ou du second ordre. Il existe plusieurs familles de filtres analogiques : Butterworth, Tchebychev, Bessel, elliptique, etc. L'implémentation des filtres de même famille se fait généralement en utilisant la même configuration de circuit, et ceux-ci possèdent la même forme de fonction de transfert, mais ce sont les paramètres de celle-ci qui changent, donc la valeur des composantes du circuit électrique.

Filtre passe-haut du premier ordre [modifier]

Un filtre passe-haut du premier ordre est caractérisé par sa fréquence de coupure f_c. La fonction de transfert du filtre est obtenue en dénormalisant le filtre passe-bas normalisé en substituant ω_n par ω_c / ω ce qui donne la fonction de transfert suivante :

$H(j \omega) = \frac{v_o}{v_i} = \frac {Kj \frac{\omega}{\omega_c}}{1+j\frac{\omega}{\omega_c}}$

où
ω = 2πf
ω_c = 2πf_c

Le module et la phase de la fonction de transfert égalent à :

$|H(\omega)| = |\frac{v_o}{v_i}|=\frac{K \frac{\omega}{\omega_c}}{\sqrt{1+\big(\frac{\omega}{\omega_c}\big)^2}}$

$\phi(\omega) = \arg H(j \omega) =\frac{\pi}{2} - \arg(1+j\frac{\omega}{\omega_c})= \frac{\pi}{2} - \arctan(\frac{\omega}{\omega_c})$

Il y a plusieurs méthodes pour implémenter ce filtre. Une réalisation active et réalisation passive sont ici présentées. K est le gain du filtre.

Circuit passif [modifier]

Schéma d’un filtre passe-haut

La manière la plus simple de réaliser physiquement ce filtre est d'utiliser un circuit RC. Comme son nom l'indique, ce circuit est constitué d'un condensateur de capacité C et d'une résistance R. Ces deux éléments sont placés en série avec la source v_i du signal. Le signal de sortie v_o est récupéré aux bornes de la résistance. Le circuit est identique à celui du filtre passe-bas mais les positions de la résistance et du condensateur sont inversées. Pour retrouver la fonction de transfert de ce filtre, il faut travailler dans le domaine de Laplace en utilisant les impédances des éléments. Avec cette technique, le circuit devient un simple diviseur de tension, et on obtient :

$H(j \omega) = \frac{v_o}{v_i} = \frac {jRC\omega}{1+jRC\omega}$

Dans cette équation, j est un nombre complexe, la racine carrée de -1, et ω est la pulsation du circuit ou fréquence radiale, exprimée en rad/s. Comme la fréquence de coupure d'un circuit RC est :

$f_c = \frac {1}{2\pi RC}$ ou $\omega_c = \frac {1}{RC}$

Ici ω_c, la pulsation de coupure, est également la pulsation propre ω_o du circuit, elle est également l'inverse de la constante de temps τ du circuit. Ainsi, on obtient bel et bien la fonction de transfert typique du filtre passe-bas du premier ordre.

On retrouve avec les grandeurs physiques observables utilisées dans les diagrammes de Bode :

Le gain en décibels :

$G_{dB}(\omega) = 20 \cdot \log |H(j\omega)| = -10 \cdot \log (1+({\frac{\omega_c}{\omega}})^2)$

La phase en radians :

$\phi(\omega) = \arg H(\omega) = - \arg(1+j\frac{\omega_c}{\omega})= \frac{\pi}{2} - \arctan(\frac{\omega}{\omega_c})$

On distingue alors deux situations idéales :

Lorsque $\omega \ll \omega_c$ :

$G_{dB} \sim -20 \cdot \log (\frac{\omega_c}{\omega})$ et $\phi \simeq 90$ (Le signal est filtré)

Lorsque $\omega \gg \omega_c$ :

$G_{dB} \simeq 0$ et $\phi \simeq 0$ (Le filtre est passant)

On remarque que pour ω = ω_c, on a G_dB = -3 dB.

Applications [modifier]

Un tel filtre peut être utilisé dans une enceinte pour diriger les hautes fréquences vers un tweeter tout en bloquant les basses fréquences pouvant l'endommager. Les fréquences plus basses seront alors envoyées à un médium par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas.

Les filtres passe-haut et passe-bas sont aussi utilisés dans le traitement d'images, afin de réaliser des transformations dans le domaine fréquentiel.

Voir aussi [modifier]

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Mar 10 Tue 2009 09:48
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Filtro pasivo analógico de primer orden con circuito RC

Un filtro paso alto (HPF) es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación.

Contenido

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Implementación [editar]

El filtro paso alto más simple es un circuito RC en serie en el cual la salida es la caída de tensión en la resistencia.

Si se estudia este circuito (con componentes ideales) para frecuencias muy bajas, en continua por ejemplo, se tiene que el condensador se comporta como un circuito abierto, por lo que no dejará pasar la corriente a la resistencia, y su diferencia de tensión será cero. Para una frecuencia muy alta, idealmente infinita, el condensador se comportará como un cortocircuito, es decir, como si no estuviera, por lo que la caída de tensión de la resistencia será la misma tensión de entrada, lo que significa que dejaría pasar toda la señal. Por otra parte, el desfase entre la señal de entrada y la de salida si que varía, como puede verse en la imagen.

El producto de resistencia por condensador (R×C) es la constante de tiempo, cuyo recíproco es la frecuencia de corte, es decir, donde el módulo de la respuesta en frecuencia baja 3dB respecto a la zona pasante:

$f_c = {1 \over 2 \pi R C}$

Donde f_c es la frecuencia de corte en hercios, R es la resistencia en ohmios y C es la capacidad en faradios.

El desfase depende de la frecuencia f de la señal y sería:

$\theta\ = \tan ^{-1}\frac{f_c}{f}$

Aplicaciones [editar]

Una posible aplicación de este tipo de filtro sería la de hacer que las altas frecuencias de una señal de audio fuesen a un altavoz para sonidos agudos mientras que un filtro paso bajo haría lo propio con los graves.

Otra aplicación sería la de eliminar los ruidos que provienen de la red eléctrica (50 o 60Hz) en un circuito cuyas señales fueran más altas.

Véase también [editar]

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

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