一、無源高通濾波器概述

無源高通濾波器是一種基于電感、電容和電阻等被動元件組合而成的電路裝置。它允許高于某一特定截止頻率的信號通過，而顯著衰減低于該頻率的信號。這種濾波器在信號處理、通信系統(tǒng)、音頻設(shè)備等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，主要用于去除信號中的低頻噪聲和干擾，保留高頻有用信息。

二、無源高通濾波器的工作原理

無源高通濾波器的工作原理主要基于電容和電感元件的頻率響應(yīng)特性。電容和電感對不同頻率的信號具有不同的阻抗特性：電容的阻抗隨頻率的增加而減小，而電感的阻抗則隨頻率的增加而增加。在無源高通濾波器中，這些元件被巧妙地組合在一起，以實(shí)現(xiàn)對不同頻率信號的選擇性通過或抑制。

具體來說，當(dāng)輸入信號包含多種頻率成分時，低頻信號在通過濾波器時，由于電容的阻抗相對較大（對低頻信號而言），大部分能量會被電容吸收或反射，因此低頻信號被衰減或阻止通過。相反，高頻信號在通過濾波器時，電容的阻抗較小，信號能夠較為順暢地通過；同時，電感對高頻信號的阻抗也較小，進(jìn)一步促進(jìn)了高頻信號的通過。因此，無源高通濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)對高頻信號的放大和傳輸，同時抑制低頻信號的通過。

此外，無源高通濾波器還具有一定的相位延遲特性。由于電容和電感對信號的相位有不同的影響，當(dāng)信號通過濾波器時，其相位會發(fā)生一定程度的偏移。這種相位延遲特性在某些應(yīng)用中可能需要特別注意。

三、無源高通濾波器電路圖

下面顯示了使用電阻器和電容器的無源高通濾波器設(shè)計(jì)電路。該電路與無源 LPF 類似，但電阻器和電容器在電路內(nèi)簡單互換。無源高通濾波器電路中的電容器與電阻簡單地串聯(lián)。通常，當(dāng)輸入信號提供給非極化電容器和電阻器的串聯(lián)組合時，濾波后的輸出可用或通過電阻器繪制。

該濾波器僅允許較高頻率并阻止較低頻率信號。截止頻率值主要取決于電路設(shè)計(jì)中所選元件的值。這些濾波器在 10 MHz 高頻范圍內(nèi)有多種應(yīng)用。由于該電路內(nèi)的組件互換，所傳遞的電容器的響應(yīng)將發(fā)生變化，這與低通濾波器的響應(yīng)完全相反。

該電路中的電容器在低頻時表現(xiàn)得像開路，而在高頻時則表現(xiàn)得像開路；它的作用就像短路一樣。在該電路中，由于電容器的容抗，電容器阻擋了進(jìn)入電容器的較低頻率。

電容器抵抗該電路中的一定量的電流，以限制在電容器的電容范圍內(nèi)。因此，截止頻率之后的電容器由于容抗降低值而允許所有頻率。因此，每當(dāng)輸入信號的頻率高于截止頻率“fc”時，這使得該濾波器電路將整個輸入信號傳遞到輸出。

電抗值在較低頻率下增加，然后抵抗電流流過電容器的能力增強(qiáng)。截止頻率以下的頻帶稱為“阻帶”，截止頻率之后的頻帶稱為“通帶”。

四、無源高通濾波器的類型

無源高通濾波器根據(jù)其電路結(jié)構(gòu)和元件組合方式的不同，可以分為多種類型。以下是一些常見的無源高通濾波器類型：

1. 一階高通濾波器

一階高通濾波器是最簡單的無源高通濾波器之一，它由一個電容和一個電阻串聯(lián)組成。這種濾波器具有較寬的通帶和較平緩的滾降特性，適用于對頻率選擇性要求不高或信號帶寬較寬的場合。然而，由于其滾降斜率較緩，對低頻信號的抑制效果相對較弱。

一階無源高通濾波器電路如下所示。該電路可以僅使用一個帶有電阻器的電抗元件來設(shè)計(jì)。該濾波器電路阻擋低頻信號，但允許高于設(shè)定值的高頻信號。該電路采用無源元件，不需要任何外部電源。每當(dāng)輸入信號提供給電容器和電阻器的串聯(lián)組合時，就會在電阻器上獲得濾波后的輸出。

2. 二階高通濾波器

二階高通濾波器是在一階高通濾波器的基礎(chǔ)上增加了一個電感或電容元件，從而形成了更復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)。這種濾波器具有更陡峭的滾降特性和更強(qiáng)的低頻抑制能力，適用于對頻率選擇性要求較高或需要更好抑制低頻噪聲的場合。然而，二階高通濾波器的設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，且可能引入額外的相位延遲和失真。

二階無源高通濾波器電路如下圖所示。該濾波器電路由兩個一階HPF級聯(lián)而成。該電路使用兩個無功元件、兩個電容器和兩個電阻器，這使得濾波器電路成為二階。因此，盡管由于截止頻率內(nèi)的變化，該濾波器的斜率可以獲得 -40 dB/十倍頻程，但該兩級濾波器的性能相當(dāng)于單級濾波器。

3. 多階高通濾波器

多階高通濾波器是在二階高通濾波器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加電感、電容等元件，以形成更多階數(shù)的濾波器電路。隨著階數(shù)的增加，濾波器的滾降斜率變得更加陡峭，低頻抑制能力也更強(qiáng)。然而，多階高通濾波器的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，且可能引入更多的相位延遲和失真。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體需求選擇合適的階數(shù)。

4. LC高通濾波器

LC高通濾波器是一種由電感和電容串聯(lián)組成的濾波器電路。它利用電感和電容的諧振特性來實(shí)現(xiàn)對高頻信號的放大和傳輸，同時抑制低頻信號的通過。LC高通濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)方便、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多應(yīng)用中得到了廣泛使用。然而，其頻率選擇性相對有限，且可能受到電感元件體積和重量的限制。

5. 復(fù)合高通濾波器

復(fù)合高通濾波器是將多種類型的濾波器電路組合在一起，以形成具有更復(fù)雜頻率響應(yīng)特性的濾波器。這種濾波器可以根據(jù)具體需求進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更好的頻率選擇性和濾波效果。然而，復(fù)合高通濾波器的設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，且可能引入更多的相位延遲和失真。

無源高通濾波器作為一種基于電感、電容和電阻等被動元件組成的電路裝置，在信號處理、通信系統(tǒng)、音頻設(shè)備等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其工作原理主要基于電容和電感元件的頻率響應(yīng)特性，通過巧妙組合這些元件來實(shí)現(xiàn)對高頻信號的放大和傳輸，同時抑制低頻信號的通過。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和元件組合方式的不同，無源高通濾波器可以分為一階高通濾波器、二階高通濾波器、多階高通濾波器、LC高通濾波器和復(fù)合高通濾波器等多種類型。在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體需求選擇合適的濾波器類型和參數(shù)以實(shí)現(xiàn)最佳的濾波效果。