電濾波器是一種電路，旨在抑制電信號中所有不需要的頻率分量，并僅允許所需的頻率。換句話說，濾波器是只允許特定頻帶的電路。

在許多應用中，電容濾波器比電感濾波器使用得更多，因為電感器會產生一些雜散磁場并消耗一些功率。不僅有這些缺點，而且由于在電路中使用電感器，濾波器變得笨重。

在前面的教程中，我們研究了濾波器和無源低通濾波器的基礎知識。現在讓我們看看無源高通RC濾波器的操作。

無源高通濾波器

無源高通濾波器類似于無源低通濾波器。當電容和電阻位置在低通濾波器的電路中互換時，電路表現出高通濾波器的行為。電容器與電阻串聯。輸入電壓串聯施加到電容，但輸出僅沿電阻兩端吸收。

高通濾波器允許高于截止頻率“fc”的頻率，并阻擋較低頻率的信號。截止頻率的值取決于為電路設計選擇的元件值。這些高通濾波器在 10 MHz 的高頻范圍內具有許多應用。

高通濾波器的電路如下所示。

由于電路中元件的這種互換，電容提供的響應會發生變化，這些變化與低通濾波器的響應完全相反。

低頻時的電容器就像開路，而在較高頻率下，這意味著在高于截止頻率的頻率下，電容器就像短路一樣。由于電容器的容抗，電容器將阻止進入電容器的較低頻率。

我們知道，電容器本身會反對通過它的一定量的電流，以便在電容器的電容范圍內結合。截止頻率后，由于容抗值的降低，電容器允許所有頻率。這使得當輸入信號頻率大于截止頻率fc時，電路將整個輸入信號傳遞到輸出端。

在較低頻率下，電抗值增加，因此當電抗增加時，反對流過電容器的電流的能力增加。低于截止頻率的頻率帶稱為“阻帶”，截止頻率之后的頻率帶稱為“通帶”。

在上述電路中只有一個帶電阻的電抗元件，這表明該電路是一階電路。

高通濾波器的頻率響應

關于頻率和容抗的響應曲線如下：

該響應曲線表明，高通濾波器與低通濾波器完全相反。在高通濾波器中，直到截止頻率，所有低頻信號都被電容器阻擋，導致輸出電壓降低。

在截止頻率點，電阻“R”的值和電容“X_c”的電抗相等，因此輸出電壓以-20 dB/十倍頻程的速率增加，輸出信號電平為輸入信號電平的-3 dB。

在非常高的頻率下，容抗變為零，然后輸出電壓與Vout = Vin的輸入電壓相同。在低頻下，容抗是無窮大的，因此輸出電壓為零，因為電抗會阻止電流進入電容器。

高通濾波器的輸出在截止頻率下相對于輸入信號的相移角（?）為+45°。這表明高通濾波器的輸出是參考輸入信號的引線。在高頻（f > fC）下，相移幾乎為零，這意味著輸入和輸出信號都是同相的。

在理想情況下，濾波器將允許截止頻率點后的頻率達到無窮大，但實際上無窮大值取決于濾波器設計中使用的分量值。

電容器對極板進行充電和放電所花費的時間相對于輸入信號會導致相位差。與電容器串聯的電阻將產生充放電效果。

串聯RC電路的時間常數定義為電容器充電至最終穩態值的63.2%所花費的時間，也定義為電容器放電至穩態值的36.8%所花費的時間。這由符號“τ”表示。時間常數和截止頻率之間的關系如下

時間常數 τ=RC= 1?2πfc 和 ω_c= 1/τ = 1/RC。

由此可以清楚地看出，濾波器的輸出取決于施加在輸入端的頻率和時間常數。

截止頻率和相移

截止頻率或斷點 'fc' = 1/ 2πfc

相移 （?） = tan-1（2πfRc）

高通RC濾波器輸出電壓和增益

高通濾波器示例

我們考慮一個電容值為82 pF、電阻值為240 kΩ的高通濾波器。通過這些值，我們可以計算濾波器的截止頻率

fC= 1/（2πRC） = 1 / （2π x 240 x 103x 82 x 10-12） = 8.08 kHz

二階無源高通濾波器

通過級聯兩個一階高通濾波器，我們得到了二階高通濾波器。由于它由兩個電抗元件組成，這意味著兩個電容器，因此使電路成為秒階。該兩級濾波器的性能與單級濾波器相同，但濾波器的斜率在-40 dB/十倍頻程處獲得。

這是因為截止頻率變化。與單級高通濾波器相比，它的效率更高，因為它有兩個存儲點。對于兩級濾波器，截止頻率取決于兩個電容器和兩個電阻的值。具體如下

fc= 1/ （2π√（R1C1R2C2）） 赫茲

無源高通濾波器摘要

高通濾波器允許頻率大于截止頻率到無窮大。在實際情況下，無窮大不會退出，因此該無窮大值取決于電路設計中使用的組件。

高通濾波器允許的頻率帶稱為“通帶”，該通帶只不過是濾波器的帶寬。濾波器衰減的頻率帶稱為“阻帶”。

截止頻率是使用上面顯示的公式“fc”計算的。輸出信號的相移以+45°的角度領先于輸入信號。輸出電壓取決于時間常數和施加到電路的輸入頻率。

與低通濾波器相比，高通濾波器消除的失真更準確，因為電路中使用的頻率很高。

高通RC差分器

對于普通正弦波輸入，濾波器的性能就像一階高通濾波器一樣 但是，當我們應用不同類型的信號而不是正弦波（如方波）時，方波等時域響應（如階躍或脈沖）作為輸入信號，則電路的行為類似于微分器電路。

輸入的導數與電路輸出成正比的電路，稱為微分器電路。

因此，當常量輸入施加到電路時，輸出變為零，因為常數的導數趨于零。

RC差分電路如下所示。

對于方波輸入信號，輸出波形顯示為持續時間較短的脈沖。對于一個完整的輸入周期，會出現兩個具有正脈沖和負脈沖的尖峰信號。

在此過程中，輸出信號的幅度不會發生變化。如果輸入信號頻率增加，則輸出端的脈沖寬度增加。尖峰脈沖的衰減速率取決于時間常數。

高通濾波器的應用

• 它們在音頻放大器電路中用作高音單元型信號的高頻率的一部分，通過阻斷低低音信號。
• 這些用作隆隆聲濾波器，以阻止附近不需要的信號并在揚聲器中傳遞所需的信號。
• 它們用于交流耦合電路和差分器電路。
• 在每個通道條的混合過程中，添加了這些高通濾波器。
• 在圖像處理中，高通濾波器用于需要高增強濾波器的取消銳化過程。
• 在圖像處理中，可以在時域或頻域中降低噪聲。因此，結合低通濾波器，這些高通濾波器用于增強、抑制噪聲和修改圖像處理中的圖像。
• 在電話應用中，它們用于DSL分路器，并結合低通濾波器。