FILTROS PASIVOS PASA ALTO, PASA BAJO PASA BANDA Y ELIMINA BANDA. Paul Galindo1, David Idrovo2, Esteban Méndez3, Kevin Suin 4
Resumen
Abstract
Los filtros tienen como finalidad seleccionar un The filters are designed to select a frequency range to intervalo de frecuencia para dejarlo pasar o pass up or block, you can also say that filter out bloquearlo, se puede decir además que filtran las unwanted frequencies. frecuencias indeseables. Además, se sabe que se emplean filtros para dejar We also know that filters are used to pass only the pasar solo las frecuencias que contengan la frequencies that contain the desired information and información deseada y eliminar las restantes. remove remaining. Existen dos tipos de filtros: los filtros pasivos son aquellos formados por combinaciones serie o paralelo con elementos R, L o C además existe los filtros activos, los mismos que emplean dispositivos activos, por ejemplo, los transistores o amplificadores operacionales, junto con elementos R L C.
Two types of filters: passive filters are those formed by series or parallel combinations with elements R, L and C there is also active filters, which employ the same active devices, such as transistors or operational amplifiers, with elements RL C.
Los filtros pasivos se pueden dividir en filtros pasivos pasa alto, pasa bajo, pasa banda y elimina banda. Los cuales se utilizan para un determinado fin. Como se desee la atenuación a las frecuencias.
Passive filters can be divided into passive high-pass filters, low pass, band pass and band-stop. Which they are used for a particular purpose. As the attenuation at frequencies desired.
Palabr as Clave Cl ave: : filtros pasivos, frecuencia, pasa
Keywords: passive filters, frequency, high pass, low
alto, pasa bajo, pasa banda, elimina banda
pass, band pass, band removed
1
Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz UPS Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz UPS 3 Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz UPS 2
4
Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz UPS Autor para correspondencia:
[email protected] 1
1. Introducción Un filtro es un circuito electrónico, el mismo que posee una entrada y salida. En la entrada se introducen señales alternas de diferentes frecuencias, en cambio en la salida se extraen señales atenuadas según la frecuencia de la señal. Al ser un circuito formado por resistencias, condensadores y/o bobinas, se puede decir que es un filtro pasivo. [1] [2] La frecuencia de corte es la frecuencia para la que la ganancia en tensión del filtro cae de 1 a 0.707 (esto expresado en decibelios, dB, se diría como que la ganancia del filtro se reduce en 3dB de la máxima, que se considera como nivel de 0dB). En los filtros pasa banda y elimina banda existirán dos frecuencias de corte diferentes, la inferior y la superior. [1] El filtro pasivo se divide en las siguientes categorías:
Figura 2 Filtro Pasa bajos RC
Es de fácil funcionamiento. En este caso el condensador presentará una gran oposición al paso de corrientes debidas a frecuencias bajas y al formar una división de tensión junto con la resistencia aparecerá en el casi toda la tensión de entrada. Cuando las frecuencias son altas el condensador presenta poca resistencia al paso de corriente. [3]
Figura 3 Filtro Pasa Bajos RL
En este caso el circuito funcionará de manera similar que en el primer caso. Se tiene entonces un divisor de tensión formado por una bobina y una resistencia. Cuando la corriente de tensión en la entrada sea baja la bobina ofrecerá poca oposición y la tensión caerá casi toda en la resistencia. Al ser la frecuencia de entrada alta, la bobina se quedará con la tensión y no aparecerá casi ninguna tensión en la de salida. La ganancia en tensión del circuito de la figura 1 será: [1]
Figura 1 Filtros Pasivos
2. Materiales y Métodos
Filtros pasa bajos
Introducen muy poca atenuación a las frecuencias que son menores que una determinada, llamada frecuencia de corte. Las frecuencias mayores a la frecuencia de corte son atenuadas. Es el circuito más utilizado es el circuito RC al tener mayor facilidad de conseguir materiales en el medio. [1] [3]
La frecuencia de corte es aquella para la que el valor óhmico de la resistencia coincida con el valor óhmico de la reactancia capacitiva. [1] Entonces: 2
En esta ocasión se hará un estudio sobre el filtro constituido de una resistencia y una bobina. [4] La ganancia en tensión es: Y la ganancia del filtro queda expresada como: La frecuencia de corte (cuando XL=R) será: Al representar tiene:
en función a la frecuencia se El desfase entre la tensión de salida respecto al de entrada es:
El desfase entre la tensión en extremos del condensador y la tensión aplicada en la entrada está dado por: [1]
Filtro Pasa Banda
El filtro paso banda es un circuito. Que tiene una frecuencia de resonancia es decir la frecuencia mayor, como se muestra en la gráfica se tiene una frecuencia de corte inferior (f1) y una frecuencia de corte superior (f2) en donde solo pasaran las frecuencias que estén dentro del ancho de banda. [5]
Filtro pasa altos
Este filtro atenúa levemente las frecuencias que son mayores que la frecuencia de corte, y además introducen mucha atenuación a las que son menores de dicha frecuencia. [1] [4]
Ancho de
Figura 6 Pasa Banda
Figura 4 Filtro Pasa altos RL
Para armar el circuito pasa banda se necesita en este caso la primera parte del circuito con el capacitor C1 y el resistor R1 forman el filtro paso alto y la segunda parte, formado por R2 y C2, forman el filtro paso bajo.
Figura 5 Filtro Pasa altos RC
3
Filtro Elimina Banda
También es conocido por otros nombres como filtro supresor de banda, filtro notch o filtro rechazo de banda. Es un filtro que elimina en su salida todas las señales que tengan una frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte superior y otra inferior. Por tanto, estos filtros eliminan una banda completa de frecuencias de las introducidas en su entrada. Un filtro supresor de banda posee una respuesta en frecuencia inversa a la de un pasa banda. [6] [7]
Figura 7 Circuito Pasa banda
Figura 8 Filtro Pasa Banda [6]
Ancho de banda (B) (8)
Frecuencia resonante (f ) 0
(9)
Frecuencias de corte (f ) y (f )
Factor de calidad (Q) es la medida de la selectividad del filtro
1
Figura 9 Curva de respuesta en frecuencia
2
Como se muestra en la figura 9, los filtros supresores se construyen restando la salida de un filtro pasa banda a la señal original. Por lo general la ganancia de la banda de paso de los filtros supresores es de 1 o 0 db. (Decibel)
Figura 10 Circuito elimina banda
Para las frecuencias que están en la banda de paso del filtro supresor, la salida de la sección del filtro pasa banda se aproxima a cero. Por lo tanto, la entrada E¡ se transmite a través de la resistencia de entrada sumadora, R1, con lo que V0 adquiere un valor igual a -E¡. Por lo
La ganancia en tensión es:
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tanto, V0 = - E¡ tanto en la banda de paso superior como en la inferior del filtro. [7]
3. Simulaciones y Cálculos:
Filtro Pasa Bajos
Figura 11 Filtro elimina banda
Frecuencias de corte (f ) y (f )
Factor de calidad (Q) es la medida de la selectividad del filtro
h
Figura 12 Filtro Pasa Bajo
l
Al representar tiene:
en función a la frecuencia se
Ancho de banda (B ) w
(18)
Frecuencia resonante (f ) r
(19)
La ganancia en tensión es
Figura 13 Representación gráfica de Gv
5
Módulo de ganancia
Figura 14 Ángulo de fase de la ganancia en tensión
Ancho de banda:
Figura 15 Circuito Filtro Pasa Bajos
Filtro Pasa Altos Figura 18 Circuito Filtro Pasa Altos
Filtro Pasa Banda
Figura 16 Simulación Filtro Pasa Altos
Figura 19 Simulación Filtro Pasa Banda
Figura 17 Gráfica de Bode
Frecuencia de corte
6
Figura 20 Grafica de Bode
Frecuencia de resonancia
Figura 22 Simulación Filtro Elimina Banda
Frecuencias de corte
Figura 23 Grafica de Bode
Frecuencia de resonancia
Ancho de la banda de ganancia
Frecuencias de corte
Figura 21 Circuito Filtro Pasa Banda
Ancho de la banda de ganancia
Filtro Elimina Banda
7
Para la identificación de filtros pasivos solo se utilizarán resistencias, capacitores e inductores. No utilizaran ningún tipo de amplificadores, transistores, operacionales. Lo cual se convertiría en un filtro activo. Se puede decir que cada uno de estos filtros cumple una vital importancia según el uso que se le vaya a dar. Se los puede utilizar para evitar el fenómeno de ALIASING que en definitiva sería filtrar señales de ruido.También pueden ser utilizados en ecualizadores de audio. La desventaja de utilizar este tipo de filtros pasivos es que sus componentes que lo conforman consumen o absorben parte de la energía de la señal que deben dejar pasar, además la impedancia de la fuente resulta muy afectada por las características del filtro. La ventaja al utilizar este tipo de filtro es que es más barato y fácil de implementar
Figura 24 Circuito Elimina Banda
4. Resultados y Discusión Cabe recalcar que con el apoyo del simulador NI Multisim se pudo obtener la visualización de los resultados de acuerdo a las condiciones y especificaciones del diseño, así como también el de poder predecir el comportamiento del filtro, evaluar resultados, detectar y corregir posibles errores de diseño. Además, se tuvo una visión más clara de las funciones que realizan cada circuito al ser analizados en la gráfica de Bode, se pudo ver las frecuencias, además el ángulo de fase de la ganancia en tensión. Y distinguir y analizar cada gráfica.
Referencias
[1]
5. Conclusiones Un filtro se compone por señales de entrada y salida. Un filtro pasivo se compone principalmente por circuitos formados por RLC.
[2]
Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto, es la suma de filtro paso bajo + filtro paso alto. Un filtro elimina banda se encarga de eliminar como su nombre lo dice un rango de frecuencias limitado por frecuencia de corte superior y otra inferior. Es una respuesta en frecuencia inversa a la de un pasa banda
[3]
[4]
8
Junta de Andalucia, «Junta de Andalucia,» 14 05 2011. [En línea]. Available: http://www.juntadeandalucia.es/averroe s/~11000381/spip/IMG/pdf/Tema_2_Fil tros_pasivos.pdf. [Último acceso: 28 10 2015]. Wikipedia, «Wikipedia,» Fundación Wikimedia, Inc., 02 12 2014. [En línea]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_pasi vo. [Último acceso: 27 10 2015]. Universidad De Córdova, «Universidad De Córdova,» 12 2012. [En línea]. Available: http://www.uco.es/grupos/giie/cirweb/te oria/tema_12/tema_12_02.pdf. [Último acceso: 28 10 2015]. Universidad de Cordova, «Universidad de Cordova,» 02 2012. [En línea]. Available: http://www.uco.es/grupos/giie/cirweb/te
[6]
oria/tema_12/tema_12_03.pdf. [Último acceso: 29 10 2015]. YouTube, «Filtro paso banda,» 06 03 2013. [En línea]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=X3h rz4y69K8. [Último acceso: 29 10 2015]. Universidad Miguel Hernandez de Elche, «Universidad Miguel Hernandez de Elche,» Universidad Miguel Hernandez de Elche, 2012. [En línea]. Available: http://repositorio.innovacionumh.es/Pro yectos/P_19/Tema_5/UMH_03.htm. [Último acceso: 29 10 2015].
[7]
R. L. BOYLESTAD, “Electronica:
[5]
Teoria de circuitos y dispositivos electronicos, México: PEARSON EDUCATION, 2009.
Anexos: -
https://www.youtube.com/watch?v=F3weOJvR84
9
