Il compito di un filtro passa-alto è proprio l’opposto di un filtro passa-basso: offrire un facile passaggio a un segnale ad alta frequenza e un difficile passaggio a un segnale a bassa frequenza. Come ci si potrebbe aspettare, le versioni induttiva (Figura sotto) e capacitiva (Figura sotto) del filtro passa-alto sono proprio l’opposto dei rispettivi design dei filtri passa-basso:
Filtro passa alto capacitivo.
L’impedenza del condensatore
L’impedenza del condensatore (figura sopra) aumenta con la diminuzione della frequenza. (Figura sotto) Questa alta impedenza in serie tende a bloccare i segnali a bassa frequenza dall’arrivare al carico.
capacitive highpass filter v1 1 0 ac 1 sin c1 1 2 0.5u rload 2 0 1k .ac lin 20 1 200 .plot ac v(2) .end
La risposta del filtro passa alto capacitivo aumenta con la frequenza.
Filtro passa alto induttivo.
L’impedenza dell’induttore
L’impedenza dell’induttore (Figura sopra) diminuisce con la diminuzione della frequenza. (Figura sotto) Questa bassa impedenza in parallelo tende a cortocircuitare i segnali a bassa frequenza dall’arrivare alla resistenza di carico. Di conseguenza, la maggior parte della tensione cade attraverso il resistore in serie R1.
inductive highpass filter v1 1 0 ac 1 sin r1 1 2 200 l1 2 0 100m rload 2 0 1k .ac lin 20 1 200 .plot ac v(2) .end
La risposta del filtro passa-alto induttivo aumenta con la frequenza.
Questa volta, il design capacitivo è il più semplice, richiedendo solo un componente oltre il carico. E, di nuovo, la purezza reattiva dei condensatori rispetto agli induttori tende a favorire il loro uso nella progettazione dei filtri, specialmente con i filtri passa-alto dove le alte frequenze comunemente causano un comportamento strano degli induttori a causa dell’effetto pelle e delle perdite del nucleo elettromagnetico.
Frequenza di taglio
Come per i filtri passa-basso, i filtri passa-alto hanno una frequenza di taglio nominale, oltre la quale la tensione di uscita aumenta oltre il 70,7% della tensione di ingresso. Proprio come nel caso del circuito del filtro passa-basso capacitivo, la frequenza di taglio del filtro passa-alto capacitivo può essere trovata con la stessa formula:
Nel circuito di esempio, non c’è altra resistenza che la resistenza di carico, quindi questo è il valore di R nella formula.
Applicazione del filtro passa-alto
Utilizzando un sistema stereo come esempio pratico, un condensatore collegato in serie con l’altoparlante del tweeter (alti) servirà da filtro passa-alto, imponendo un’alta impedenza ai segnali bassi a bassa frequenza, evitando così che quella potenza venga sprecata in un altoparlante inefficiente per riprodurre tali suoni.
In modo simile, un induttore collegato in serie con l’altoparlante del woofer (basso) servirà da filtro passa-basso per le basse frequenze che quel particolare altoparlante è progettato per riprodurre.
In questo semplice circuito di esempio, l’altoparlante midrange è sottoposto all’intero spettro di frequenze dall’uscita dello stereo. A volte vengono usate reti di filtri più elaborate, ma questo dovrebbe darti un’idea generale.
Tieni anche presente che ti sto mostrando solo un canale (sia sinistro che destro) su questo sistema stereo. Un vero stereo avrebbe sei altoparlanti: 2 woofer, 2 midrange e 2 tweeter.
Il filtro passa-alto indirizza le alte frequenze al tweeter, mentre il filtro passa-basso indirizza le basse al woofer.
Per una migliore performance ancora, potremmo avere un qualche tipo di circuito di filtro in grado di passare le frequenze che sono tra le basse (bassi) e le alte (alti) all’altoparlante midrange in modo che nessuna delle potenze del segnale a bassa o alta frequenza sia sprecata su un altoparlante incapace di riprodurre efficientemente quei suoni.
Quello che cercheremmo si chiama filtro passa-banda, che è l’argomento della prossima sezione.
RIPASSO:
- Un filtro passa-alto permette un facile passaggio dei segnali ad alta frequenza dalla sorgente al carico, e un difficile passaggio dei segnali a bassa frequenza.
- I filtri passa-alto capacitivi inseriscono un condensatore in serie con il carico; i filtri passa-alto induttivi inseriscono una resistenza in serie e un induttore in parallelo con il carico. Il primo filtro cerca di “bloccare” il segnale di frequenza indesiderato, mentre il secondo cerca di cortocircuitarlo.
- La frequenza di taglio per un filtro passa-alto è quella frequenza alla quale la tensione di uscita (carico) è uguale al 70,7% della tensione di ingresso (sorgente). Al di sopra della frequenza di cutoff, la tensione di uscita è maggiore del 70,7% dell’ingresso, e viceversa.
Fogli di lavoro correlati:
- Foglio di lavoro dei filtri attivi
- Foglio di lavoro dei circuiti dei filtri passivi