Фильтр верхних частот

Амплитудно-частотная характеристика идеального фильтра верхних частот

Фильтр ве́рхних часто́т (ФВЧ) — электронный или любой другой фильтр, пропускающий высокие частоты входного сигнала, при этом подавляя частоты сигнала ниже частоты среза. Степень подавления зависит от конкретного типа фильтра.

В отличие от фильтра верхних частот, фильтр нижних частот пропускает частоты сигнала ниже частоты среза, подавляя высокие частоты.

Термины «высокие частоты» и «низкие частоты» в применении к фильтрам относительны и зависят от выбранной структуры и параметров фильтра.

Идеальный фильтр верхних частот в амплитудно-частотной характеристикой в виде ступенчатой функции физически нереализуем.

Пример реализации пассивного фильтра верхних частот 1-го порядка

Пассивный аналоговый фильтр верхних частот первого порядка, реализованный в виде RC-цепочки

Электрическая схема, отклик во временной области, амплитудно-частотная характеристика и векторная диаграмма комплексных амплитуд пассивного фильтра верхних частот 1-го порядка

Простейший электронный фильтр верхних частот состоит из последовательно соединённых конденсатора и резистора. Конденсатор пропускает лишь переменный ток, его реактивное сопротивление понижается с увеличением частоты, поэтому при стремлении частоты входного гармонического сигнала к бесконечности коэффициент передачи такого фильтра стремится к 1.

Произведение сопротивления резистора на ёмкость конденсатора (R×C) называется постоянной времени ($\tau$ такого фильтра, которая обратно пропорциональна частоте среза $f_{0}$ (см. рисунок):

$f_{0}=2\pi \omega _{0}={1 \over 2\pi RC}={1 \over 2\pi \tau }.$

Ниже частоты среза (в полосе подавления) амплитудно-частотная характеристика ФВЧ 1-го порядка имеет линейное в логарифмических координатах нарастание с крутизной 6 дБ на октаву (или 20 дБ на декаду).

Применения

Подобный фильтр используется для выделения высоких частот из сигнала и часто используется в обработке аудиосигналов, например в кроссоверах. Ещё одно важное применение фильтра верхних частот — устранение лишь постоянной составляющей сигнала (см. Ёмкостная связь), для чего частоту среза выбирают достаточно низкой.

Фильтры верхних частот используются в простых бестрансформаторных конденсаторных преобразователях напряжения для понижения напряжения переменного тока. К недостаткам таких преобразователей относится их высокая чувствительность к импульсным помехам в источнике переменного тока, а также зависимость выходного напряжения от импеданса нагрузки.

Фильтры верхних частот используются в обработке изображений для того, чтобы осуществлять преобразования в частотной области (например, для выделения границ).

Используется также последовательное включение фильтра верхних частот с фильтром нижних частот (ФНЧ). Если при этом частота среза ФВЧ меньше, чем частота среза ФНЧ (то есть имеется диапазон частот, в котором оба фильтра пропускают сигнал), получится полосовой фильтр (используется для выделения из сигнала определённой полосы частот).

См. также

• Фильтр
• Сглаживающий фильтр
• Фильтр нижних частот
• Полосовой фильтр
• Полосно-заграждающий фильтр
• Фазовый фильтр

Ссылки

• Онлайн-расчёт RC-фильтров (ФНЧ и ФВЧ)
• Фильтры верхних частот
• Фильтры верхних частот (англ.)