Introducción. Pasa Bajos: Gráfico 01 Filtro pasa bajos. Pasa Altos: Gráfico 02 Filtro pasa altos.

Transcripción

1 Introducción Los filtros son circuitos que permiten el paso de una determinada banda de frecuencias mientras atenúan todas las señales que no están comprendidas dentro de esta banda. Existen filtros activos y pasivos. Los filtros pasivos sólo tienen resistencias, inductores y capacitores. En los filtros activos se utilizan transistores o amplificadores operacionales además de los elementos anteriormente nombrados. Los inductores no se emplean mucho en los filtros activos pues son voluminosos, caros y a veces tienen componentes resistivos de elevada magnitud. Existen cuatro tipos básicos de filtros: Pasa Bajos: Gráfico 0 Filtro pasa bajos. Pasa Altos: Gráfico 0 Filtro pasa altos.

2 Pasa Banda: Gráfico 03 Filtro pasa banda. Supresor de Banda: Gráfico 04 Filtro supresor de banda. Además existen los filtros Butterworth, Chebyshev, Bessel, Elíptica, etcétera, que son modificaciones, o transformaciones, que se aplican a los filtros, ya sean pasivos o activos. La forma de catalogar estos filtros se desarrolla dependiendo de la respuesta en frecuencia que tenga cada uno de ellos, por ejemplo un filtro pasa bajos solo dejara pasar las frecuencias menores a su frecuencia de corte, o sea en la salida del filtro se obtendrá la señal completa de entrada, sin atenuación, mientras que a frecuencias superiores la salida se ira atenuando hasta llegar a cero en su amplitud.

3 Los filtros son parte fundamental de los circuitos electrónicos y se utilizan en aplicaciones que van de los circuitos de audio a los sistemas de procesamiento de señales digitales. Tipos de Filtros Cualquier combinación de los elementos pasivos (R, L y C) y/o activos (transistores o amplificadores operacionales) diseñados para seleccionar o rechazar una banda de frecuencia se denomina un filtro. En los sistemas de comunicaciones, se emplean filtros para permitir el paso de las frecuencias que contienen la información deseada y rechazar las restantes. En los sistemas estéreo, se usan filtros para aislar bandas de frecuencia particulares con mayor o menor énfasis, mediante el sistema acústico de salida (amplificador, altavoz, etc.). Los filtros se emplean para eliminar las frecuencias no deseadas, comúnmente conocidas como ruido, debido a las características no lineales de algunos dispositivos electrónicos o señales captadas del medio circundante. En general, existen solo dos clasificaciones de los filtros.

4 Filtros de segundo orden Los filtros de segundo orden pueden modelar las características ideales en forma más cercana que un filtro de primer orden. En la Figura 0 se muestra un filtro pasa bajos de segundo orden. Los resistores se eligen para proporcionar balance de polarización. Las ecuaciones de lazo están dadas por: R I Vi V sc sc sc I R sc sc I V I V V o sc R R C V i i i C V Figura 0 Filtros pasa bajos de segundo orden.

5 Luego desarrollando se obtiene: ( RCs ) I I scv i scv o ( RCCs C C) I CC svo C I I scv o Por último, despejando V o y eliminando I e I se obtiene la función de transferencia, V o /V i T () s ( R R C C ) s ( R R ) C s C C V i R i i R V Figura 0 Filtros pasa altos de segundo orden.

6 En la Figura 0 se ilustra un filtro pasa altos de segundo orden. Al compararlo con el filtro pasa bajos de la Figura 0 se ve que los resistores y capacitores se hallan intercambiados. Se repite la ecuación anterior para el filtro pasa altos. No es necesario volver a derivar los resultados para el nuevo circuito. Simplemente se intercambian los componentes para obtener la función de transferencia del filtro pasa altos. T PA () s s ( sc )( sc )( sr )( sr ) ( sc sc )( sr ) s ( RC RC ) s RRCC

7 Filtros Activos En los filtros activos se utilizan transistores o amplificadores operacionales además de resistencias, inductores y capacitores. Los inductores no se emplean mucho en los filtros activos pues son voluminosos, caros y a veces tienen componentes resistivas de elevada magnitud. La frecuencia de corte, fc al igual que en los filtros pasivos, se conoce también como frecuencia 0.707, frecuencia de 3 db, frecuencia de esquina o frecuencia de ruptura. En comparación con los pasivos, los filtros activos poseen una serie de ventajas: Permiten eliminar las inductancias que, en bajas frecuencias, son voluminosas, pesadas y caras. Facilitan el diseño de filtros complejos mediante la asociación de etapas simples. Proporcionan una gran amplificación de la señal de entrada (ganancia), lo que es importante al trabajar con señal de niveles muy bajos. Permiten mucha flexibilidad en los proyectos. Por otro lado, tienen una serie de inconvenientes: Exigen una fuente de alimentación. Su respuesta de frecuencia esta limitada por la capacidad de los AO s utilizados. Es imposible su aplicación en sistemas de media y alta potencia (por ejemplo, en los filtros que emplean los conversores e inversores con tiristores que se utilizan en la industria).