O que é filtro passa-alto?

"Um filtro passa-alto é exatamente o oposto do circuito do filtro passa-baixo, pois os dois componentes foram trocados com o sinal de saída dos filtros sendo agora captado através do resistor waqui, como o filtro passa-baixo apenas permite que os sinais passem abaixo do seu ponto de frequência de corte, ƒc, o circuito passivo do filtro passa-alto como o próprio nome indica, passa apenas sinais acima do ponto de corte selecionado, ƒc eliminando quaisquer sinais de baixa frequência do a forma de onda. ----- FMUSER"

Conteúdo

1) O circuito de filtro passa-alto

2) Resposta de frequência de um filtro passa-alto de primeira ordem

3) Frequência de corte e mudança de fase

4) Exemplo No1 do filtro passa-alto

5) Filtro passa-alta de segunda ordem

6) Resumo do filtro passa-alto

7) O diferencial do RC

O circuito de filtro passa-alto

Nesse arranjo de circuitos, a reatância do capacitor é muito alta em baixas frequências; portanto, o capacitor age como um circuito aberto e bloqueia quaisquer sinais de entrada no VIN até que o ponto de freqüência de corte (ƒC) seja atingido. 

Acima desse ponto de freqüência de corte, a reatância do capacitor reduziu o suficiente para agora agir mais como um curto-circuito, permitindo que todo o sinal de entrada passe diretamente para a saída, como mostrado abaixo na curva de resposta dos filtros.

Veja também: >> O que é o filtro passa-baixo e como criar um filtro passa-baixo? 

Resposta de frequência de um filtro passa-alto de primeira ordem

A plotagem Bode ou a curva de resposta em frequência acima para um filtro passa-alto passivo é exatamente o oposto ao de um filtro passa-baixo. Aqui o sinal é atenuado ou amortecido em frequências baixas, com a saída aumentando em + 20dB / Década (6dB / oitava) até que a frequência atinja o ponto de corte (ƒc) onde novamente R = Xc. 

Possui uma curva de resposta que se estende do infinito até a frequência de corte, onde a amplitude da tensão de saída é 1 / √2 = 70.7% do valor do sinal de entrada ou -3dB (20 log (Vout / Vin)) da entrada valor.

Também podemos ver que o ângulo de fase (Φ) do sinal de saída LEVA o da entrada e é igual a + 45o na frequência ƒc. A curva de resposta em frequência desse filtro implica que o filtro pode transmitir todos os sinais ao infinito. No entanto, na prática, a resposta do filtro não se estende ao infinito, mas é limitada pelas características elétricas dos componentes utilizados.

O ponto de frequência de corte para um filtro passa-alto de primeira ordem pode ser encontrado usando a mesma equação que o filtro passa-baixo, mas a equação para a mudança de fase é modificada levemente para dar conta do ângulo de fase positivo, como mostrado abaixo.

Veja também: >> Como criar um filtro passa-baixo - subwoofer?

Frequência de corte e mudança de fase

 

O ganho do circuito, Av, que é dado como Vout / Vin (magnitude) e é calculado como:

Exemplo No1 do filtro passa-alto
Calcule a frequência de corte ou "ponto de interrupção" (ƒc) para um filtro passivo simples de alta frequência que consiste em um capacitor de 82pF conectado em série com um resistor de 240kΩ.

Filtro passa-alta de segunda ordem
Novamente, como nos filtros passa-baixo, os estágios do filtro passa-alto podem ser conectados em cascata para formar um filtro de segunda ordem (bipolar), como mostrado.

 

O circuito acima usa dois filtros de primeira ordem conectados ou em cascata para formar uma rede de passa alta de segunda ordem ou bipolar. Em seguida, um estágio de filtro de primeira ordem pode ser convertido em um tipo de segunda ordem, simplesmente usando uma rede RC adicional, a mesma do filtro de passa-baixa de segunda ordem. O circuito de filtro passa-alta de segunda ordem resultante terá uma inclinação de 2dB / década (40dB / oitava).

Como no filtro passa-baixo, a frequência de corte, ƒc é determinada pelos resistores e capacitores da seguinte maneira.

Na prática, é difícil implementar com precisão filtros passivos em cascata juntos para produzir filtros de ordem maior, pois a impedância dinâmica de cada ordem de filtro afeta sua rede vizinha. No entanto, para reduzir o efeito de carregamento, podemos fazer com que a impedância de cada estágio seguinte seja 10x o estágio anterior, então R2 = 10 * R1 e C2 = 1/10 de C1.

Veja também: >> Filtros Lowpass: É o que você tem e faz com ele! 

Resumo do filtro passa-alto
Vimos que o filtro passa-alto passivo é exatamente o oposto do filtro passa-baixo. Este filtro não possui tensão de saída de CC (0Hz), até um ponto de freqüência de corte especificado (ƒc). Este ponto de frequência de corte mais baixo é 70.7% ou -3dB (dB = -20log VOUT / VIN) do ganho de tensão permitido passar.

A faixa de frequência "abaixo" deste ponto de corte ƒc é geralmente conhecida como Banda de Parada, enquanto a faixa de frequência "acima" deste ponto de corte é geralmente conhecida como Banda de Passagem.

A frequência de corte, a frequência de canto ou o ponto -3dB de um filtro passa-alto pode ser encontrada usando a fórmula padrão de: ƒc = 1 / (2πRC). O ângulo de fase do sinal de saída resultante em ƒc é + 45o. Geralmente, o filtro passa-alto é menos distorcido que o filtro passa-baixo equivalente, devido às frequências operacionais mais altas.

Uma aplicação muito comum desse tipo de filtro passivo é em amplificadores de áudio como um capacitor de acoplamento entre dois estágios do amplificador de áudio e em sistemas de alto-falantes para direcionar os sinais de maior frequência para os alto-falantes menores do tipo "tweeter" enquanto bloqueia os sinais de graves mais baixos ou também usado como filtro para reduzir qualquer ruído de baixa frequência ou distorção do tipo "estrondo". 

Quando usado dessa maneira em aplicativos de áudio, o filtro passa-alto às vezes é chamado de filtro "low-cut" ou "bass cut".

A tensão de saída Vout depende da constante de tempo e da frequência do sinal de entrada como visto anteriormente. Com um sinal senoidal CA aplicado ao circuito, ele se comporta como um simples filtro passa-alto de primeira ordem. Mas se mudarmos o sinal de entrada para o de um sinal em forma de "onda quadrada" que possui uma entrada de passo quase vertical, a resposta do circuito muda drasticamente e produz um circuito conhecido geralmente como Diferenciador.

Veja também: >> Tutorial básico de filtro de RF 

O diferencial do RC

Até agora, a forma de onda de entrada no filtro foi assumida como sinusoidal ou de uma onda senoidal composta por um sinal fundamental e alguns harmônicos operando no domínio da frequência, fornecendo uma resposta no domínio da frequência para o filtro. No entanto, se alimentarmos o filtro passa-alto com um sinal de onda quadrada operando no domínio do tempo, fornecendo uma entrada de resposta de impulso ou etapa, a forma de onda de saída consistirá em pulsos ou picos de curta duração, como mostrado.

O Circuito Diferencial RC

Cada ciclo da forma de onda de entrada da onda quadrada produz dois picos na saída, um positivo e um negativo e cuja amplitude é igual à da entrada. A taxa de decaimento dos picos depende da constante de tempo, valor (RC) dos dois componentes (t = R x C) e do valor da frequência de entrada. Os pulsos de saída se assemelham cada vez mais à forma do sinal de entrada conforme a frequência aumenta.

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