غیر فعال ہائی پاس فلٹر: سرکٹ، ورکنگ، اقسام، ٹرانسفر فنکشن اور اس کی ایپلی کیشنز

اے ہائی پاس فلٹر ایک الیکٹرانک فلٹر ہے جو ایک مخصوص کٹ آف فریکوئنسی سے زیادہ فریکوئنسی والے سگنلز کی اجازت دیتا ہے اور اس کٹ آف فریکوئنسی سے کم فریکوئنسی کے ذریعے سگنلز کو کم کرتا ہے۔ یہ فلٹر کم پاس فلٹر سے الٹا ہے اور اسے HPF، باس کٹ فلٹر، یا لو کٹ فلٹر کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ کا مجموعہ کم پاس فلٹر اور ہائی پاس فلٹر کو بینڈ پاس فلٹر کہا جاتا ہے جو صرف ایک مخصوص رینج میں فریکوئنسی کی اجازت دیتا ہے۔ سرکٹ کے ڈیزائن کے ساتھ ساتھ فلٹر کو ڈیزائن کرنے کے لیے استعمال کیے جانے والے اجزاء کی بنیاد پر مختلف قسم کے ہائی پاس فلٹرز ہیں؛ ایکٹو ہائی پاس فلٹر، غیر فعال HPF، RC HPF، فرسٹ آرڈر HPF، سیکنڈ آرڈر HPF، بٹر ورتھ , Chebyshev اور Bessel ہائی پاس فلٹرز. یہ مضمون مختصر طور پر ایک غیر فعال ہائی پاس فلٹر، اس کے سرکٹ، کام کرنے، اقسام اور ایپلی کیشنز کی وضاحت کرتا ہے۔

ایک غیر فعال ہائی پاس فلٹر کیا ہے؟

ایک قسم کا الیکٹرانک فلٹر جو اعلی تعدد سگنلز کو صرف گزرنے کی اجازت دینے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جبکہ کم فریکوئنسی سگنلز کو مسدود کرتے ہوئے اسے غیر فعال ہائی پاس فلٹر کہا جاتا ہے۔ اس فلٹر کو ایک غیر فعال فلٹر کے نام سے بھی جانا جاتا ہے کیونکہ اسے آپریشن کے لیے کسی بیرونی پاور سورس کی ضرورت نہیں ہوتی ہے اور یہ خاص طور پر آنے والے سگنل کی توانائی پر منحصر ہوتا ہے۔

یہ فلٹر غیر فعال اجزاء کے ساتھ ڈیزائن کیا گیا ہے جیسے؛ ریزسٹرس، انڈکٹرز اور کیپسیٹرز۔ یہ اجزاء کی قدریں صرف فلٹر کی کٹ آف فریکوئنسی کا فیصلہ کرتی ہیں، جہاں یہ فریکوئنسی ان سگنلز سے نیچے ہوتی ہے جو بلاک یا کم ہوتے ہیں۔

غیر فعال ہائی پاس فلٹر سرکٹ

غیر فعال ہائی پاس فلٹر ڈیزائن سرکٹ ذیل میں دکھایا گیا ہے جو ایک ریزسٹر اور ایک کپیسیٹر استعمال کرتا ہے۔ یہ سرکٹ Passive LPF کی طرح ہے لیکن ریزسٹر اور کپیسیٹر کو سرکٹ کے اندر ہی بدل دیا جاتا ہے۔ غیر فعال ہائی پاس فلٹر سرکٹ میں کپیسیٹر ریزسٹر کے ذریعے صرف سیریز میں جڑا ہوتا ہے۔ عام طور پر جب غیر پولرائزڈ کپیسیٹر اور ریزسٹر کے سیریز کے امتزاج کو ان پٹ سگنل فراہم کیا جاتا ہے تو فلٹر شدہ آؤٹ پٹ دستیاب ہوتا ہے یا ریزسٹر کے پار کھینچا جاتا ہے۔

یہ فلٹر صرف اعلی تعدد کی اجازت دیتا ہے اور کم فریکوئنسی سگنلز کو روکتا ہے۔ کٹ آف فریکوئنسی ویلیو بنیادی طور پر سرکٹ کے ڈیزائن کے لیے منتخب اجزاء کی قدروں پر منحصر ہے۔ ان فلٹرز میں 10 میگاہرٹز ہائی فریکونسی رینج میں کئی ایپلیکیشنز ہیں۔ اس سرکٹ کے اندر اجزاء کے تبادلے کی وجہ سے، کیپسیٹر کی طرف سے فراہم کردہ ردعمل تبدیل ہو جائیں گے جو کم پاس فلٹر ردعمل کے بالکل مخالف ہیں۔

کم تعدد پر اس سرکٹ میں کپیسیٹر کھلے سرکٹ کی طرح اور زیادہ تعدد پر کام کرتا ہے۔ یہ ایک شارٹ سرکٹ کی طرح کام کرتا ہے۔ اس سرکٹ میں، کپیسیٹر ان نچلی فریکوئنسیوں کو روکتا ہے جو کپیسیٹر کے کیپسیٹو ری ایکٹینس کی وجہ سے کیپسیٹر میں داخل ہوتی ہیں۔

کپیسیٹر اس سرکٹ میں کرنٹ کی کچھ مقدار کی مخالفت کرتا ہے تاکہ کپیسیٹر کی کپیسیٹینس رینج میں پابند ہو سکے۔ لہذا کٹ آف فریکوئنسی کے بعد کیپسیٹر تمام تعدد کی اجازت دیتا ہے جس کی وجہ سے کیپسیٹو ری ایکٹنس کمی ویلیو ہوتی ہے۔ تو اس سے یہ فلٹر سرکٹ پورے ان پٹ سگنل کو آؤٹ پٹ میں منتقل کرتا ہے جب بھی ان پٹ سگنل کی فریکوئنسی کٹ آف فریکوئنسی 'fc' کے مقابلے میں زیادہ ہوتی ہے۔

کم تعدد پر رد عمل کی قدر بڑھ جاتی ہے پھر پورے کیپسیٹر میں کرنٹ کے بہاؤ کو روکنے کی صلاحیت بڑھ جاتی ہے۔ کٹ آف فریکوئنسی کے تحت فریکوئنسی بینڈ کو 'اسٹاپ بینڈ' کہا جاتا ہے اور کٹ آف فریکوئنسی کے بعد فریکوئنسی بینڈ کو 'پاس بینڈ' کہا جاتا ہے۔

کٹ آف فریکوئنسی

غیر فعال ہائی پاس فلٹر کے لیے کٹ آف فریکوئنسی کا فارمولہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ یہ فارمولہ کم پاس فلٹر کی طرح ہے۔

Fc = 1 / 2πRC

جہاں 'R' ہے۔ مزاحمت اور 'C' capacitance ہے۔

غیر فعال ہائی پاس فلٹر کا فیز اینگل

غیر فعال HPF کا فیز اینگل φ (Phi) سے ظاہر ہوتا ہے جو کہ i/p سگنل کے آؤٹ پٹ پر -3dB (یا) کٹ آف فریکوئنسی پر +45 ہوگا۔

فلٹر کے فریکوئنسی رسپانس کے مطابق، یہ تمام سگنلز کو کٹ آف فریکوئنسی پر انفینٹی تک منتقل کرتا ہے۔ فیز شفٹ فارمولا لو پاس فلٹر جیسا نہیں ہے کیونکہ، اس فلٹر میں، فیز منفی ہو جائے گا، حالانکہ HPF میں یہ ایک مثبت فیز شفٹ ہے، اس طرح فیز اینگل فارمولا ہے؛

فیز شفٹ (φ) = آرکٹان (1/2πfRC)

وقت مستقل

سرکٹ میں کیپسیٹر کو ان پٹ سگنل کی فریکوئنسیوں سے چارجنگ اور ڈسچارجنگ اثر ملتا ہے جسے ٹائم کانسٹنٹ کہا جاتا ہے جسے τ (Tau) سے ظاہر کیا جاتا ہے۔ وقت مستقل کا تعلق کٹ آف فریکوئنسی سے بھی ہے۔

τ = RC = 1 / 2πfc

کبھی کبھی جب بھی ہمارے پاس وقت کی قدر مستقل ہوتی ہے، ہمیں کٹ آف فریکوئنسی کو جاننا ہوتا ہے، لہذا فارمولے کو تبدیل کرکے ہم ذیل کی مساوات حاصل کرسکتے ہیں۔

fc = 1 / 2πRC

ہم جانتے ہیں کہ τ = RC

تو، اوپر کی مساوات fc = 1 / 2πτ بن جائے گی۔

مثال

330k ریزسٹر اور 100pF کیپسیٹر کا استعمال کرتے ہوئے فعال ہائی پاس فلٹر سرکٹ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ کٹ آف فریکوئنسی کا حساب لگائیں۔

کٹ آف فریکوئنسی کا حساب لگانے کا فارمولا ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

کٹ آف فریکوئنسی fc = 1/2πfC

ہم جانتے ہیں کہ ریزسٹر 330k اور capacitor 100pF ویلیوز، ان اقدار کو اوپر کی مساوات میں بدل دیں۔

کٹ آف فریکوئنسی fc = 1/2 x 3.14 x 330000 x 100 x 10^-12۔

fc = 4825Hz (یا) 4.825Khz۔

غیر فعال ہائی پاس فلٹر ٹرانسفر فنکشن

ٹرانسفر فنکشن غیر فعال ہائی پاس فلٹر کے ان پٹ اور آؤٹ پٹ سگنلز کے درمیان بنیادی تعلق کی وضاحت کرتا ہے۔ لہذا، غیر فعال HPF کیلکولیشن کی منتقلی کی تقریب ذیل میں زیر بحث ہے۔

Vin = IZ

Vin = I (R + 1/jωC)

Vo = IS
جمعہ/جمعہ

IR/I (R + 1/jωC)

Vo/ Vin = RjωC / R jωC + 1)

RC = 1/ωC ​​لیں۔

Vo/ Vi = j(ω/ωC)/ j(ω/ωC) + 1

Vo/ Vin = j(ω/ωC)/√ j(ω/ωC)^ 2 + 1

مندرجہ بالا مساوات ایک غیر فعال ہائی پاس فلٹر ٹرانسفر فنکشن ہے۔ لہذا، فلٹر کی ہر 'ω' قدر پر وولٹیج کے اضافے کو اوپر کی مساوات سے ماپا جا سکتا ہے۔

غیر فعال ہائی پاس فلٹرز کی اقسام

غیر فعال ہائی پاس فلٹرز کی دو قسمیں ہیں؛ پہلا آرڈر غیر فعال HPF اور دوسرا آرڈر غیر فعال HPF جس پر ذیل میں تبادلہ خیال کیا گیا ہے۔

پہلا آرڈر غیر فعال HPF

پہلا آرڈر غیر فعال ہائی پاس فلٹر سرکٹ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ اس سرکٹ کو ریزسٹر کے ساتھ صرف ایک رد عمل والے جزو کے ساتھ ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ یہ فلٹر سرکٹ کم فریکوئنسی سگنلز کو روکتا ہے لیکن سیٹ ویلیو سے زیادہ ہائی فریکونسی سگنلز کی اجازت دیتا ہے۔ یہ سرکٹ غیر فعال اجزاء استعمال کرتا ہے اور اسے کسی بیرونی طاقت کے ذریعہ کی ضرورت نہیں ہے۔ جب بھی کپیسیٹر اور ریزسٹر کے اس سیریز کے امتزاج کو ان پٹ سگنل فراہم کیا جائے گا تو فلٹر شدہ آؤٹ پٹ ریزسٹر کے پار حاصل کیا جائے گا۔

پہلے آرڈر کے غیر فعال HPS کے لیے کٹ آف فریکوئنسی فارمولہ غیر فعال لو پاس فلٹر جیسا ہی ہے جو نیچے دکھایا گیا ہے۔

fc = 1 / 2πRC

دوسرا آرڈر غیر فعال HPF

دوسرے آرڈر کا غیر فعال ہائی پاس فلٹر سرکٹ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ یہ فلٹر سرکٹ دو فرسٹ آرڈر HPFs کاسکیڈنگ کرکے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ یہ سرکٹ دو رد عمل والے اجزاء دو استعمال کرتا ہے۔ capacitors اور دو ریزسٹر جو فلٹر سرکٹ کو دوسرا آرڈر بناتا ہے۔ لہذا یہ دو مرحلے کے فلٹر کی کارکردگی سنگل اسٹیج فلٹر کے برابر ہے حالانکہ کٹ آف فریکوئنسی کے اندر فرق کی وجہ سے اس فلٹر کی ڈھلوان -40 dB/ دہائی پر حاصل کی جا سکتی ہے۔

یہ فلٹر سنگل سٹیج فلٹر کے مقابلے میں بہت موثر ہے کیونکہ اس میں دو اسٹوریج پوائنٹس شامل ہیں۔ لہذا، دو مرحلے کے فلٹر کے لئے کٹ آف فریکوئنسی بنیادی طور پر دو کیپسیٹرز اور دو پر منحصر ہے مزاحم اقدار جو بطور دی گئی ہیں؛

fc = 1/ (2π√(R1*C1*R2*C2)) Hz

ایپلی کیشنز

دی غیر فعال ہائی پاس فلٹرز کی ایپلی کیشنز مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• ایک غیر فعال ہائی پاس فلٹر ایک فلٹر ہے جو کم تعدد کو روک دے گا، لیکن اعلی تعدد کو پہلے سے طے شدہ قدر سے اوپر لے جائے گا۔
• غیر فعال ہائی پاس فلٹرز برابری اور آڈیو ریسیورز میں استعمال ہوتے ہیں۔
• یہ میوزک کنٹرول سسٹم میں استعمال ہوتے ہیں اور  تعدد ماڈلن .
• یہ فنکشن جنریٹرز، پلس جنریٹرز، ریمپ ٹو سٹیپ جنریٹرز، CROs، CRTs وغیرہ میں استعمال ہوتے ہیں۔
• یہ فلٹرز آڈیو پروسیسنگ میں عام طور پر آڈیو ایمپلیفائر میں کم فریکوئنسی شور کو ہٹانے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں جہاں زیادہ سے زیادہ فریکوئنسی کی ضرورت ہوتی ہے۔
• یہ فلٹرز HPFs میں کناروں کو بڑھانے کے ساتھ ساتھ ڈیجیٹل امیجز کے اندر اعلی تعدد والے اجزاء کے لیے کثرت سے استعمال کیے جاتے ہیں۔
• یہ مختلف صنعتی اور سائنسی ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں جیسے؛ سیسمک تجزیہ، اور ریڈار سسٹمز اور بائیو میڈیکل فیلڈ کے اندر ECGs کو سمجھنے کے لیے۔
• اس قسم کے فلٹرز الیکٹرانکس اور سگنل پروسیسنگ کے اندر اہم ٹولز ہیں جو کہ ہائی فریکوئنسی سگنلز کو کم فریکوئنسی پر مبنی سگنلز کی اجازت دینے اور بلاک کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔

اس طرح، یہ ایک غیر فعال کا ایک جائزہ ہے ہائی پاس فلٹر، سرکٹس، کام کرنا ، اقسام، اور اس کے اطلاقات۔ ایک فلٹر سرکٹ صرف غیر فعال اجزاء کے ساتھ ڈیزائن کیا گیا ہے جیسے؛ ریزسٹر اور کپیسیٹر۔ ان فلٹرز کو کسی بیرونی ذریعہ کی ضرورت نہیں ہے لہذا ان کا کوئی فائدہ نہیں ہے جس کا مطلب ہے کہ آؤٹ پٹ سگنل کا طول و عرض ہمیشہ ان پٹ سگنل کے طول و عرض کے برابر یا نیچے ہے۔ یہ فلٹر ڈیزائن انتہائی آسان ہیں اور ان فلٹرز کو بنانے کے لیے استعمال ہونے والے اجزاء بھی بہت سستے ہیں۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے، ایک غیر فعال لو پاس فلٹر کیا ہے؟