Просмотр кода страницы Фильтр верхних частот

{{нет ссылок|дата=2014-11-16}}
[[Файл:Ideal High-pass Filter Transfer Function-ru.svg|мини|Амплитудно-частотная характеристика идеального фильтра верхних частот]]
'''Фильтр ве́рхних часто́т''' ('''ФВЧ''') — [[Фильтр (электроника)|электронный]] или любой другой фильтр, пропускающий высокие [[Частота|частоты]] входного сигнала, при этом подавляя частоты сигнала ниже [[частота среза|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 [[Функция Хевисайда|ступенчатой функции]] физически нереализуем.

== Пример реализации пассивного фильтра верхних частот 1-го порядка ==
[[Файл:CR high pass filter-1.svg|мини|Пассивный аналоговый фильтр верхних частот первого порядка, реализованный в виде RC-цепочки]]
[[Файл:RC High-pass filter-ru.svg|мини|Электрическая схема, отклик во временной области, [[амплитудно-частотная характеристика]] и [[векторная диаграмма]] [[Комплексная амплитуда|комплексных амплитуд]] пассивного фильтра верхних частот 1-го порядка]]

Простейший электронный фильтр верхних частот состоит из последовательно соединённых [[Электрический конденсатор|конденсатора]] и [[резистор]]а. 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 ({{math|<var>R</var>×<var>C</var>}}) называется [[Постоянная времени|постоянной времени]] (<math>\tau</math> такого фильтра, которая обратно пропорциональна [[Частота среза|частоте среза]] <math>f_0</math> (см. рисунок):

: <math>f_0 = 2 \pi \omega_0 = {1 \over 2 \pi R C} = {1 \over 2 \pi \tau}.</math>

Ниже частоты среза (в полосе подавления) амплитудно-частотная характеристика ФВЧ 1-го порядка<ref>''Фильтр 1-го порядка'' имеет в своём составе один реактивный элемент и описывается с помощью [[Передаточная функция|передаточной функции]] 1-го порядка</ref> имеет линейное в [[логарифм]]ических координатах нарастание с крутизной {{num|6|[[Децибел|дБ]]}} на [[Частотный интервал#Единицы частотного интервала|октаву]] (или {{num|20|дБ}} на [[Частотный интервал#Единицы частотного интервала|декаду]]).
{{-}}
== Активный фильтр верхних частот ==
[[Файл:Active high-pass filter (I order)-e.svg|мини|Активный фильтр верхних частот 1-го порядка реализованный на [[Операционный усилитель|операционном усилителе]]]]
На рисунке показан активный фильтра верхних частот первого порядка с использованием операционного усилителя. [[Передаточная функция]] этой схемы имеет вид:

: <math>\frac{V_{\rm out}(s)}{V_{\rm in}(s)}=\frac{-sR_2C}{1+sR_1C}.</math>

При этом фильтр имеет [[коэффициент передачи]] в полосе пропускания <math>-R_2/R_1</math> и частоту среза:

: <math>f_c = \frac{1}{2 \pi \tau} = \frac{1}{2 \pi R_1 C}.</math>

Так как это активный фильтр, он может иметь коэффициент передачи в полосе пропускания более 1. То есть, он инвертируют и усиливает высокочастотный сигнал с коэффициентом <math>-R_2/R_1.</math> Другое преимущество активного фильтра по сравнению с пассивными фильтрами — низкое выходное сопротивление, определяемое выходным сопротивлением операционного усилителя, охваченным [[Отрицательная обратная связь|отрицательной обратной связью]].

Все фильтры верхних частот первого порядка часто называют [[дифференциатор]]ами, поскольку они выполняют [[Производная функции|дифференцирование]] по времени низкочастотные сигналы.

== Применения ==
Подобный фильтр используется для выделения высоких частот из сигнала и часто используется в обработке аудиосигналов, например в {{iw|Кроссовер (электроника)|кроссоверах|en|Audio crossover}}. Ещё одно важное применение фильтра верхних частот — устранение лишь постоянной составляющей сигнала (см. ''{{нп3|Ёмкостная связь|||Capacitive coupling}}''), для чего частоту среза выбирают достаточно низкой.

Фильтры верхних частот используются в простых бестрансформаторных конденсаторных [[Преобразователь электрической энергии|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 [[Электрический импеданс|импеданса]] нагрузки<ref>{{Cite web |url=http://nauchebe.net/2010/06/bestransformatornye-kondensatornye-preobrazovateli-napryazheniya/ |title=Бестрансформаторные конденсаторные преобразователи напряжения |access-date=2011-02-13 |archive-date=2011-01-20 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110120025736/http://nauchebe.net/2010/06/bestransformatornye-kondensatornye-preobrazovateli-napryazheniya/ |deadlink=no }}</ref>.

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

Используется также последовательное включение фильтра верхних частот с [[Фильтр нижних частот|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 (электроника)|Фильтр]]
* [[Сглаживающий фильтр]]
* [[Фильтр нижних частот]]
* [[Полосовой фильтр]]
* [[Полосно-заграждающий фильтр]]
* [[Фазовый фильтр]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
{{навигация}}
* [http://vt-tech.eu/ru/articles/calculators/165-simple-rc-filters.html Онлайн-расчёт RC-фильтров (ФНЧ и ФВЧ)]
* [http://analogiu.ru/6/6-5-2-2.html Фильтры верхних частот]
* [http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_8/3.html Фильтры верхних частот]{{ref-en}}

[[Категория:Фильтрация]]