Filtros Activos. Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. eman ta zabal zazu. universidad del país vasco. euskal herriko unibersitatea

Transcripción

1 Filtros Activos

2 Filtros-2 Filtros Activos Sistema que modifica señales de acuerdo con su frecuencia. Utilizan componentes pasivos y activos. Normalmente no utilizan inductancias. Pueden tener además ganancia.

3 Filtros-3 Filtros Activos Gv Gv f c f f c f Gv Paso bajo Gv Paso alto f 1 f 2 f f 1 f 2 f Pasa banda Rechazo de banda

4 Filtros-4 Filtros Activos Los filtros reales no tienen una respuesta en frecuencia tan abrupta. En el diseño de filtros se trata de lograr una respuesta lo más parecida a la ideal. Gv f c f

5 Filtros-5 Filtros Activos En los filtros reales se han desarrollado varios tipos tratando de aproximarse al comportamiento de los ideales. Los más usuales son: Butterworth Chebysev Bessel

6 Filtros-6 Filtros Activos Butterworth Están basados en el polinomio de Butterworth. Presenta la respuesta más constante en la banda de paso. La pendiente es de -20 db/década/polo. La respuesta a un pulso presenta sobrepasamientos y oscilaciones moderadas.

7 Filtros-7 Butterworth Respuesta a una entrada de pulso de un filtro paso bajo de 5º orden y 20 KHz.

8 Filtros-8 Filtros Activos Chebyshev Están basados en el polinomio de Chebyshev. Presenta rizado en la respuesta en la banda de paso. La pendiente es mucho mayor que la de Butterworth. La respuesta a un pulso presenta sobrepasamientos y oscilaciones importantes.

9 Filtros-9 Chebyshev El rizado está por encima de la respuesta 0dB para filtros de orden par y por debajo en los de orden impar. La magnitud del rizado es un parámetro del filtro.

10 Filtros-10 Chebyshev Respuesta a una entrada de pulso de un filtro paso bajo de 5º orden y 20 KHz y 3 db de rizado.

11 Filtros-11 Filtros Activos Bessel (o Thomson) Están basados en las funciones de Bessel. En la banda de paso presenta una respuesta menos constante que la de Butterworth. La pendiente es menor que la de Butterworth. La respuesta a un pulso es casi ideal, los sobrepasamientos y oscilaciones son imperceptibles.

12 Filtros-12 Bessel Respuesta a una entrada de pulso de un filtro paso bajo de 5º orden y 20 KHz.

13 Filtros-13 Filtros Activos Butterworth Ventajas Máxima uniformidad de amplitud en la respuesta en frecuencia en la banda de paso. Buen comportamiento en general. Mejor respuesta a entrada de pulsos que Chebyshev. Mejor pendiente de atenuación que Bessel. Inconvenientes Ligeros sobrepasamientos y oscilaciones en la respuesta a entrada de pulsos

14 Filtros-14 Filtros Activos Chebyshev Ventajas Mejor atenuación a frecuencias más altas de la banda de paso que Butterworth. Inconvenientes Presenta rizado en la respuesta en la banda de paso. Sobrepasamientos y oscilaciones considerables en la respuesta a entrada de pulsos.

15 Filtros-15 Filtros Activos Bessel Ventajas La mejor respuesta a entrada de pulsos. Sobrepasamientos y oscilaciones imperceptibles. Inconvenientes Peor pendiente de amortiguación en la banda prohibida que Butterworth. Respuesta menos constante en la banda de paso que Butterworth.

16 Filtros-16 Filtros Activos Implementación en circuito Existen varios programas informáticos para el cálculo de componentes de distintos tipos de filtros. (FILTER de Burr-Brown) Para implementar filtros de orden par se colocan en cascada filtros de un par de polos complejos, para los de orden impar se añade una sección de un único polo real.

17 Filtros-17 Implementación de filtros activos Vout Vin R1 C1 Vin Sección A Par de polos complejos Vout Buffer opcional Sección de Polo real Buffer opcional Sección de polo real Filtro paso bajo de segundo orden R1 Sección A Par de polos complejos Vout Vin C1 Buffer opcional Sección de Polo real Filtro paso bajo de tercer orden

18 Filtros-18 Implementación de filtros activos Vin Sección A Par de polos complejos Sección N Par de polos complejos Vout Buffer opcional Filtro paso bajo de orden par usando secciones de polos complejos en cascada R1 Sección A Par de polos complejos Sección N Par de polos complejos Vout Vin C1 Buffer opcional Sección de Polo real Filtro paso bajo de orden impar usando secciones de polos complejos más una sección de polo real

19 Filtros-19 Implementación de filtros activos La implementación de las secciones de polos complejos se puede realizar con dos tipos de topologías: Sallen-Key Realimentación múltiple (MFB) Multiple Feedback Topología MFB (Ganancia = -R2/R1) Topología Sallen-Key (Ganancia unidad) Topología Sallen-Key (G = 1 + R4/R3)

20 Filtros-20 Implementación de filtros activos La elección de una de las dos topologías depende de diversos factores La topología MFB se utiliza si se quiere asegurar una sensibilidad baja frente a variaciones de los valores de los componentes. En general, la topología Sallen-Key es mejor si: La exactitud de la ganancia es importante, Y Se utiliza un filtro con ganancia unidad, Y La Q del par de polos es baja (p.e. Q < 3) También se prefiere la topología MFB para secciones de filtros de alta frecuencia y alto Q, ya que en estos casos el valor de C1 es excesivamente pequeño para unos valores de resistencias razonables y pueden afectar las capacidades parásitas.

21 Ejemplos de filtros pasivos RC Filtros-22 ITES-Paraninfo

22 Aplicaciones para cálculo (1) FilterPro Filtros-23

23 Aplicaciones para cálculo (2) FilterCad Linear Technology Filtros-24

24 Aplicaciones para cálculo (3) FilterCad Linear Technology Filtros-25

25 Aplicaciones para cálculo (y 4) Filtros-26