Фільтр високої частоти своїми руками

У цій статті буде розказано про те, як зробити фільтр високої частоти своїми руками. Але перш ніж ми з вами почнемо в цьому розбиратися, ми повинні дещо зрозуміти. То, що ж із себе представляють самі фільтри високих і низьких частот.

Визначення

Фільтри можна поділити на верхні (високі) і нижні (низькі) частоти. Чому люди часто говорять "верхні", а не "високі частоти? Відбувається це із-за того, що з двох кілогерц починаються високі в звукотехнике. Але два килогерца в радіотехніці — це частота звуку, і тому її називають "низькою".


Також існує таке поняття, як середня частота. Відноситься воно до звукотехнике. Так що ж таке фільтр середньої частоти? Це комбінація з декількох перерахованих вище пристроїв. Також це може бути смуговий фільтр. Фільтр високої частоти – це електронний або який-небудь інший апарат, який пропускає верхні частоти сигналу, який на вході пригнічує частоту сигналу у відповідності з раніше заданими зрізом. Ступінь пригніченості буде також залежати від певного типу фільтра. Низькочастотний відрізняється тим, що він може пропускати вхідний сигнал, який буде нижче заданого зрізу, при цьому пригнічуючи верхні частоти.

Область застосування

Фільтр високої частоти можна використовувати для того, щоб виділяти високочастотні сигнали. Також часто його застосовують при обробки звуку, наприклад, в роздільних фільтрах, які ще називають кроссоверними. Також вони використовуються для оброблення зображень, щоб можна було здійснити перетворення в частотній області.


Ось з чого складається найпростіший фільтр високих частот:

Резистор.

Конденсатор.

Робота опору на ємність (R х С) є постійною часу (тривалість протікання процесу) для даного фільтра, яка буде назад пропорційна частоті зрізу в герцах (одиниця вимірювання процесів коливань).

Розрахунок фільтра високих частот

Отже, як же ми можемо провести розрахунок? Щоб виконати всі дії на дому, потрібно зробити одну з найбільш простих таблиць автоматичного розрахунку в Microsoft Excel, але для цього потрібно вміти користуватися формулами в цій програмі. Можна користуватися такою формулою: Де f – це частота зрізу; R – це опір резистора, Ом; С – ємність конденсатора, Ф (фаради).

Типи

Представлені пристрої бувають п'яти видів, і зараз ми з вами розглянемо їх по черзі.

П-образні — за виглядом нагадують букву П;

Т-подібні — нагадують букву Т;

Г-подібні — нагадують букву Р;

одноелементні (конденсатор служить фільтром високих частот);

багатоланкові – це ті ж самі Г-подібні фільтри, тільки в цьому випадку вони з'єднані послідовно.

П-образні

Можна сказати, що ці фільтри такі ж, як і Г-подібні, але до них приєднується ще одна частина спочатку. Все, що буде написано для Т-образних, буде вірно і для П-подібних. Відмінності полягають лише в тому, що у них збільшиться шунтирующее дію на радиоцепь, що стоїть спереду. Для того щоб розрахувати П-образний фільтр, вам треба буде використати формулу дільника напруги і додати додаткове шунтирующее опір першого елемента. Ось вам приклади переходу Г-образного RC фільтра в П-подібний RC також високих частот: На зображенні можна помітити, що до вихідної ланцюга додається ще один резистор 2R, розташований паралельно першому. Ось приклад перетворення в RL: Тут замість резисторра вистпает котушка індуктивності. Так само додається друга (2L), розташована паралельно першій. І третій приклад — перетворення LC:

Т-образні

Т–образний фільтр — це той же самий Г-подібний, тільки з додаванням ще одного елемента. Вони будуть розраховуватися таким же чином як і дільник напруги, який буде складатися з двох частин з нелінійним АЧХ. Далі до отриманого значення необхідно додати число реактивного опору третього елемента.
Також можна використовувати й інший метод розрахунку, однак на практиці він менш точний. Його суть полягає в тому, що після отриманого значення першої розрахованої частини Г-подібного фільтра змінна зростає або падає в двійні і розподіляється на два елемента. Якщо це буде конденсатор, тоді значення ємності котушок зростає вдвічі, якщо ж це резистор або дросель, тоді значення опору котушок, навпаки, падає вдвічі. Приклади перетворення наведені нижче. Перехід Г-образного RC фільтра в Т-подібний: На зображенні відено, що для переходу необхідно додати другий конденсатор (2C). Перехід RL: В даному випадку все по аналогії. Для успішного переходу необхідно додати другий резистор, підключений послідовно. Перехід LC:

Г-образні

Г-подібний фільтр – це дільник напруги, який складається з двох складових з нелінійної АЧХ (амплітудно-частотна характеристика). Для даного фільтра дозволяється використовувати схему і всі формули дільника напруги. Його можна уявити так: Якщо ми замінимо опір R1 на конденсаторі, то у нас вийде фільтр верхніх частот. Фото зміненою схемою ви можете спостерігати нижче: Формули для розрахунку:

U вх=U вих*(R1+R2)/R2; U вих=U вх*R2/(R1+R2); R заг=R1+R2 R1=U вх*R2/U вих – R2; R2=U вих*R заг/U вх

Зараз давайте наочно розглянемо, як провести розрахунок.

Фільтр високих частот для пищалок

Будова такого фільтра досить просте. Він буде складатися всього лише з двох деталей – конденсатора і опору. Роль фільтра, який буде відсівати середньочастотні і низькочастотні складові в аудіосигналі, буде виконувати безпосередньо роль самого конденсатора. І вибачте за тавтологію, опір буде виконувати роль опору, тобто зменшувати рівень гучності.
Важливо: високі частоти еквалайзером з головного пристрою не відрізаються - це буде вести до поганого звучання. Краще зменшувати їх кількість за допомогою опору. Оптимальним опором буде вважатися 40 і 55 Ом.

Витрачаються матеріали для створення

Для створення фільтра високої частоти для пищалки вам будуть потрібні наступні матеріали:

одне опір 55 Ом;

одне опір 40 Ом;

два опору МБМ 10 мкФ;

ізоляційна стрічка або термозбіжна трубка.

Активний фільтр високих частот

Активні фільтри володіють величезною перевагою перед їх пасивними "родичами", тим більше на частотах, значення яких менше 10 кГЦ. Справа в тому, що пасивні містять котушки підвищеної індуктивності та конденсатори, які володіють великою ємністю. З-за цього вони виходять громіздкими і дорогими, і тому їх характеристика за підсумком виходить далеко не ідеальною. Великий індуктивності досягають завдяки збільшеній кількості витків котушки і використання феромагнітного сердечника. Це звільняє її властивості чистої індуктивності, тому що довгий дріт котушки з великим числом витків має значуще опір, а феромагнітний сердечник піддається впливу температури, що значною мірою позначається на його магнітних властивостях. З-за того, що необхідно використовувати велику ємність, доводиться застосовувати конденсатори, які володіють не кращою стабільністю. До них можна віднести електролітичні конденсатори. Фільтри, іменовані активними, по-чому позбавлені зазначених вище недоліків. Дифференциаторние і интеграторние схеми побудовані з використанням операційних підсилювачів, вони являють собою найпростіші активні фільтри. Коли вибирають елементи схеми чіткої інструкції, дотримуючись залежність від частоти дифференциатора, вони стають високочастотними фільтрами, а від частоти інтеграторів, навпаки, – низькочастотними. Фото, пояснюють все сказане, наведено нижче:

Фільтр високих частот на підсилювачі

Розглянемо налаштування підсилювача в машині. Перед тим як налаштувати підсилювач в машині, потрібно скинути всі налаштування головного пристрою на нулі. Величину частоти зрізу кросовера потрібно виставити в діапазоні 50-70 Гц. Фронтальний фільтр каналу на підсилювачі в автомобілі встановлюють у положення високих частот. Частота зрізу в даному випадку виставляється в діапазоні 70-90 Гц. Якщо конструкція буде передбачати поканальное посилення фронтальних колонок, то потрібно провести окрему налаштування високочастотних динаміків. Для цього потрібно встановити фільтр у відповідному положенні і частоту зрізу вибрати в районі 2500 Гц. Крім іншого, потрібно налаштувати чутливість підсилювача. Для цього його спочатку необхідно скинути на нуль, головне — перевести пристрій в режим максимальної гучності, а слідом почати збільшувати чутливість. В той момент, коли з'явиться спотворення звуку, потрібно припинити обертання регулятора, а також варто трохи зменшити саму чутливість. Ще є простий спосіб, як можна перевірити якість звуку: якщо після включення в сабвуфері чутні клацання, а в динаміці тріск - це означає те, що є перешкоди для сигналу. Баси не повинні бути прив'язані до сабвуфера. Для цього потрібно повернути регулятор фази на сабвуфері на 180 градусів. Якщо цього регулятора немає, то треба поміняти місцями позитивний і негативний проводи підключення. Налаштувати звуковий процесор. Для цього необхідно відрегулювати тимчасові затримки по кожному з каналів. Потрібно встановити тимчасову затримку з лівого каналу для того, щоб звук, що виходить з лівих динаміків досягав водія в один час з правим. Повинно створюватися відчуття, що звук виходить з центральної частини салону. Крім усього перерахованого вище, звуковим процесором можна прибрати прив'язку басів до задньої частини салону. Для того щоб це зробити, потрібно задати однакові затримки в правому і лівому каналі фронтальної акустики. Внаслідок цього усунеться локалізація басів в районі сабвуфера. Тепер ви знаєте не тільки те, як розрахувати і зібрати частотний фільтр своїми руками, але і як налаштувати його роботу максимально точно.