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、音頻設備等多個領域有著廣泛的應用，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，以實現對不同頻率信號的選擇性通過或抑制。

具體來說，當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，進一步促進了高頻信號的通過。因此，無源高通濾波器能夠實現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，當信號通過濾波器時，其相位會發生一定程度的偏移。這種相位延遲特性在某些應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計電路。該電路與無源 LPF 類似，但電阻器和電容器在電路內簡單互換。無源高通濾波器電路中的電容器與電阻簡單地串聯。通常，當輸入信號提供給非極化電容器和電阻器的串聯組合時，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計中所選元件的值。這些濾波器在 10 MHz 高頻范圍內有多種應用。由于該電路內的組件互換，所傳遞的電容器的響應將發生變化，這與低通濾波器的響應完全相反。

該電路中的電容器在低頻時表現得像開路，而在高頻時則表現得像開路；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。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。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其電路結構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計。該濾波器電路阻擋低頻信號，但允許高于設定值的高頻信號。該電路采用無源元件，不需要任何外部電源。每當輸入信號提供給電容器和電阻器的串聯組合時，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上增加了一個電感或電容元件，從而形成了更復雜的電路結構。這種濾波器具有更陡峭的滾降特性和更強的低頻抑制能力，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計相對復雜，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上進一步增加電感、電容等元件，以形成更多階數的濾波器電路。隨著階數的增加，濾波器的滾降斜率變得更加陡峭，低頻抑制能力也更強。然而，多階高通濾波器的設計更加復雜，且可能引入更多的相位延遲和失真。因此，在實際應用中需要根據具體需求選擇合適的階數。

4. LC高通濾波器

LC高通濾波器是一種由電感和電容串聯組成的濾波器電路。它利用電感和電容的諧振特性來實現對高頻信號的放大和傳輸，同時抑制低頻信號的通過。LC高通濾波器具有結構簡單、設計方便、成本較低等優點，因此在許多應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. 復合高通濾波器

復合高通濾波器是將多種類型的濾波器電路組合在一起，以形成具有更復雜頻率響應特性的濾波器。這種濾波器可以根據具體需求進行定制設計，以實現更好的頻率選擇性和濾波效果。然而，復合高通濾波器的設計相對復雜，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、音頻設備等多個領域有著廣泛的應用。其工作原理主要基于電容和電感元件的頻率響應特性，通過巧妙組合這些元件來實現對高頻信號的放大和傳輸，同時抑制低頻信號的通過。根據電路結構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高通濾波器和復合高通濾波器等多種類型。在實際應用中需要根據具體需求選擇合適的濾波器類型和參數以實現最佳的濾波效果。