Definiciones
Un filtro es un circuito eléctrico cuya función es modificar, deformar o manipular en general, el espectro en frecuencias de una señal de entrada de acuerdo a unos determinados especificaciones.
Redes de dos puertos que funcionan en el dominio de la frecuencia, cuya finalidad se centra en el paso o rechazo de una señal de entrada en un intervalo especifico de frecuencias, según las especificaciones de diseño.
Filtro ideal
Magnitud constante de la función de transferencia en la banda de paso.
3. Frecuencia de corte abrupta, es decir atenuación infinita.
Fase Lineal respecto a la frecuencia
Características:
Filtro Real
4. Rechazo de banda: Rechazan una banda de frecuencias de una señal
Pasa baja (LP): Permite pasar las frecuencias bajas con muy pocas pérdidas y atenuar las altas frecuencias.
2. Pasa alta (HP): Pasa las frecuencias por encima de una frecuencia denominada frecuencia de corte.
3. Pasa Banda (BP): Pasa las señales en una banda de frecuencias con atenuación muy baja mientras que rechaza las frecuencias a ambos lados
Símbolos Electrónicos de los Filtros
Clasificación de los filtros según sus componentes
Pasivos.
Activos
Capacidades conmutadas
Digitales
Se implementa en CI
FIR: Respuesta al impulso finita
IIR: Respuesta al impulso infinita
Analógicos
Comparación de los filtros Pasivos vs Activos
Sensibilidad baja.
Pueden operar con señales de amplitud alta
Ancho de banda limitado
La sensibilidad alta.
Alimentación exterior
Amplitud de la,baja.
filtro pasivo:
Desventajas:
No amplifica la señal de salida.
Calculo de diseño muy tedioso.
Diseñado para una impedancia específica.
filtro activos:
Ventajas:
Fabricación pueden ser automatizados.
El coste es mucho menor que el de los pasivos.
Los efectos parásitos se reducen debido al menor tamaño.
Proporcionan ganancias.
Pérdidas o atenuaciones nulas
Filtros Activos
(Gp:) Se componen de circuitos
(Gp:) AOP
(Gp:) Resistores
(Gp:) Capacitores.
(Gp:) La eliminación de las bobinas
(Gp:) Reduce el tamaño
(Gp:) Ahorro de costos
(Gp:) Frecuencias Bajas.
(Gp:) MFB:
Estructura de Retroalimentación
Múltiple
(Gp:) VCVS:
Estructura de Fuente de Voltaje Controlada por Voltaje
(Gp:) Variable de Estado
Con ganancia y sin ganancia
(Gp:) Biquads
Bicuadratico
(Gp:) Estructuras
Aplicaciones
Estos circuitos se usan para aumentar o atenuar ciertas frecuencias en:
Circuitos de audio,
Generadores electrónicos de música,
Instrumentos sísmicos,
Circuitos de comunicaciones
En laboratorios de investigación para estudiar las componentes de frecuencia de señales tan diversas como:
Ondas cerebrales
Vibraciones mecánicas.
Tipos de Filtros Activos
El Sallen – Key (VCVS):
El circuito produce un filtro pasa bajo o pasa alto de dos polos usando dos resistencias, dos condensadores y un amplificador.
Para obtener un filtro de orden mayor se pueden poner en cascada varias etapas.
Estos filtros son relativamente flexibles con la tolerancia de los componentes.
Para obtener un factor Q alto se requieren componentes de valores extremos
VCVS tiene ganancia fija, ya que RA y RB determinan el factor de amortiguación
.
Etapa pasa-baja de segundo orden VCVS
Etapa pasa-alta de segundo orden VCVS.
De Retroalimentación Múltiple:(MFB)
Es un filtro paso de banda, sencillo y de buen funcionamiento, también se pueden diseñar filtros pasa alta y pasa baja.
Donde:
C1 y R3 forman la retroalimentación y la maximización cerca de fo (Q)
C1 y R1 proporcionan la respuesta Pasa baja.
C2 y R3 proporcionan la respuesta pasa alta.
R2 eleva la Rent y ofrece una ganancia controlable de banda de paso.
.Ajustes:
Variar fo ajustando C1 = C2 o R1 y R2 simultáneamente.
Ajustar Q variando la razón R3/R1 manteniendo constante el producto R1*R3
Ajustar la ganancia con R2
Etapa pasa-banda de segundo orden-Retroalimentación Múltiple.
Procedimiento De Diseño
Procedimiento de calculo sin R2
Seleccionar f1 y f2 y un AOP con
Aol > 2Q2 a las f1 y f2 deseadas.
2. A partir de f1 y f2 deseadas, calcular fo y Q aplicando:
Si Q es mayor que 15, elegir un filtro variable de estado o biquad paso-banda. Si Q es menor que 15, proseguir.
3. Seleccionar C1 = C2 = C y calcular:
4. Calcular:
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
Procedimiento de calculo con R2
1. Seleccionar f1 y f2 y un AOP con
Aol > 2Q2 a las f1 y f2 deseadas.
2. Calcular fo y Q aplicando:
3. Si Q < 15, seleccionar la ganancia banda de paso deseado AP< 2Q2
4. Elegir C1 = C2 = C y calcular:
5. Verificar Ap a partir de:
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