FILTROS ACTIVOS Y PASIVOS FAC. MECANICA:
ESCUELA ING. DE MANTENIMIENTO
ELECTRONICA
POR: JORG JO RGE E CA CANDO NDO
Un o fi es un elem el emen ento to qu que e di disc scri rimi mina na un una a de dete term rmin inad ada a fr frec ecue uenc ncia ia o gama de frecu cue encias de una seña ñal l eléct ctr rica qu que e pa pas sa a trav avé és de él, pudi die endo modi dif fic ica ar tanto su ampl pli itud como co mo su fa fase se.
Introducción Un filtro es una red (circuito) formada por elementos que tienen un comportamiento peculiar, dependiendo sobre todo de la frecuencia inyectada a su entrada, podemos decir que la señal de salida dependerá de la amplitud y frecuencia de la señal de entrada, dicho de otra forma un filtro es un dispositivo que elimina o atenúa las frecuencias que no deseemos de lo contrario estas frecuencias pueden perturbar el funcionamiento del resto del circuito como es lógico cada filtro tiene unas propiedades típicas que pueden ser representadas mediante sus correspondientes curvas características. ,
,
Los filtros electrónicos son circuitos capaces de discriminar frecuencias. Esto quiere decir que actúan de modo distinto para señales oscilantes a diferentes frecuencias.
Introducción Cualquier combinación de los elementos pasivos (R, L y C) y/o activos (transistores o amplificadores operacionales) diseñados para 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.
Atendiendo a sus componentes constitutivos , naturaleza de las señales que tratan , respuesta en frecuencia y método de diseño , los filtros se clasifican en los distintos grupos que a continuación se indica .
• • • •
Según respuesta frecuencia Filtros activos y pasivos Filtros analógicos o digitales Otros filtros
Es aquel que permite el paso de frecuencias bajas , desde frecuencia 0 o continua hasta una determinada . Presentan ceros a alta frecuencia y polos a bajas frecuencia . Es el que permite el paso de frecuencias desde una frecuencia de corte determinada hacia arriba , sin que exista un límite superior especificado. Presentan ceros a bajas frecuencias y polos a altas frecuencias . Son aquellos que permiten el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias , comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior . También llamado filtro rechaza banda , es el que dificulta el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias , comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior . F i l t r o m u l t i b a n d a Es que presenta varios rangos de frecuencias en los cuales hay un comportamiento diferente . F i l t r o v a r i a b l e : Es aquel que puede cambiar sus márgenes de frecuencia .
v v
tr
v v v v v v v v
tr
Es el constituido únicamente por componentes pasivos como condensadores, bobinas y resistencias. as
Es aquel que puede presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto a la de entrada. En su implementación se combinan elementos activos y pasivos. Siendo frecuente el uso de amplificadores operacionales, que permite obtener resonancia y un elevado factor Q sin el empleo de bobinas. iv
Atendiendo a la naturaleza de las señales tratadas los filtros pueden ser:
üFiltro analógico: Diseñado para el tratamiento de señales analógicas. üFiltro digital: Diseñado para el tratamiento de señales digitales.
üFiltro piezoeléctrico Es aquel que aprovecha las propiedades resonantes de determinados materiales como el cuarzo. üOtro tipo de filtro puede ser la ferrita que hay en muchos cables, por ejemplo en el de las pantallas de ordenador, que tiene la propiedad de presentar distinta impedancia a alta y baja frecuencia.
Etapas para el diseño de un filtro El diseño de un filtro puede dividirse en cinco etapas : descripción informal del problema ) reformulación del problema en términos ) de una serie de parámetros cuantitativos característicos . ) obtención de una función de atenuación que satisfaga los parámetros especificados . obtención de un circuito que realice la función ) obtenida en la etapa de aproximación . Confirmación del cumplimiento de las ) especificaciones funcionales y otras condiciones de proyecto (costo, tamaño, consumo , etc .) Las etapas mencionadas no tienen una única solución ni siguen necesariamente un orden lineal o secuencial . A menudo , al llegar a cierto punto se comprueba que es necesario volver atrás para modificar alguna decisión previa . En algunos casos puede ser preciso inclusive reexaminar el planteo o flexibilizar algunas especificaciones .
FILTROS ACTIVOS. Un filtro activo está compuesto básicamente por resistencias, condensadores y amplificadores operacionales ( rara vez se usan bobinas). El margen de funcionamiento de un filtro activo depende de las características del amplificador operacional empleado, por lo que con los circuitos actuales pueden ir desde cero a varios Megahercios, para nuestro estudio supera con creces las necesidades en BF ( Baja Frecuencia) de 20 a 20. 000 Hz. Entre las principales ventajas de los filtros activos, está la de poder hacerlo con la selectividad y a la frecuencia que deseemos de manera muy fácil.
TIPOS DE FILTROS ACTIVOS ( Crossover). Podemos agrupar los filtros según la banda de paso en los siguientes tipos.
Según su corte : ( Se tarta de un filtro que permite el paso sin atenuación alguna a las frecuencias inferiores a la frecuencia de corte, eliminando o atenuando considerablemente todas las superiores.
q
,
, ( En este caso se trata de lo contrario al anterior, permitir el paso sin atenuación alguna a las frecuencias superiores a la frecuencia de corte, eliminando o atenuando considerablemente todas las inferiores.
q
, ( Se trata de un filtro que permite el paso de una banda, mas o menos estrecha de frecuencias, en consecuencia todas las frecuencias superiores e inferiores a las frecuencias de cortes, serán eliminadas o atenuadas considerablemente.
q
q
,
Este filtro desempeña la función contraria al filtro paso de banda, es decir elimina tan solo la frecuencia para la que ha sido calculada y permite el paso de las frecuencias superiores e inferiores a la frecuencia del filtro.
Según su atenuación: Como hemos visto pueden tener distintas atenuaciones 6, 12, 18, 24, 30 dB/Octava, o número de orden 1º, 2º, 3º, 4º, 5º, etc, conociendo la atenuación en dB, podemos calcular el valor de la tensión de salida, teniendo el nivel de tensión aplicada a la entrada, esta tabla nos puede facilitar este calculo.
Según su tipo. Existen varias formulas para calcular los componentes pasivos usados para realizar un filtro activo, según esto los más conocidos son Butterworth, Bessel y Chebychev, ninguno de los tres se adapta a las características de un filtro ideal, teniendo en cuenta las de ganancia constante, desfase lineal, pendiente y oscilaciones no deseable.
CALCULO FILTROS ACTIVOS. C = 33 K (33 nF) (0,033 µF) en frecuencia comprendidas entre 100 y 950 Hz.
FILTROS PASIVOS Si el circuito del filtro está formado por resistencias, condensadores y/ o bobinas ( componentes pasivos) el filtro se dirá que es un filtro pasivo.
La frecuencia de corte es el punto donde la respuesta en frecuencia se reduce a una fracción determinada. Este punto suele ser el punto de -3dB, que en potencia es el punto donde la respuesta se reduce a la mitad. Por la forma de percibir del oído humano, la disminución de la respuesta a la mitad no se percibe como " la mitad de alto" sino como "un poquito más bajo".
Un de la de
filtro puede dejar pasar las frecuencias mayores que la fecuencia corte, o al contrario, dejar pasar sólo las frecuencias menores que frecuencia de corte. O se pueden dejar pasar sólo las frecuencias una banda ( entre dos frecuencias de corte).
Ø
fecuencia de corte.
Ø
fecuencia de corte.
Ø
dejan pasar las frecuencia más altas que la
Dejan pasar las frecuencias menores que la
: Dejan pasar las frecuencias entre dos
frecuencias de corte. Normalmente son una combinación en serie de un paso alto y un paso bajo, pero pueden implementarse de otras maneras.
Ø
Al contrario que los paso banda, estos eliminan una banda. En altavoces no tiene mucho sentido. Al igual que los paso banda, pueden implementarse con un paso bajo y un paso alto, pero en paralelo.
ØOtros muesca (notch), y otras redes: Red Zobel, L- pad, ...
Los filtros pasivos se basan en la impedancia variable y dependiente de la frecuencia que tienen las bobinas y los condensadores. Condensadores
Cuanto mayor sea f, menor será su impedancia, por lo que un condensador dejará pasar las frecuencias altas y ofrecerá una gran resistencia a las bajas frecuencias, que se verán atenuadas
Bobinas
Cuanto mayor sea f, mayor será la impedancia de la bobina, por lo que a través de una bobina, pasarán sin ningún problema las frecuencias bajas, y las frecuencias altas se verán atenuadas, por atravesar una resistencia mayor.
Ventajas y desventajas EL filtro pasivo, se compone de elementos pasivos ( condensadores, bobinas, resistencias) y tiene la ventaja de ser más barato y fácil de implementar. Su desventaja es que, al incluir una resistencia, disipan potencia de la red aumentando las pérdidas en el sistema y que con el tiempo los componentes se van desgastando y pierde sus propiedades. Por otro lado el filtro activo ( de armónicas), es mucho más construir, pero proporciona mejor filtrado que el pasivo. Se de interruptores ( IGBT, MOSFet) y requiere de un circuito de para funcionar. Algunos filtros activos incluso proporcionan reactiva al sistema en caso de ser necesarios.
caro de compone control energía
Conclusiones Los filtros, resultan ser una herramienta muy útil en el tratamiento de señales, como así también a la hora de realizar operaciones de integración y derivación en forma analógica, con su limitación de un buen funcionamiento sólo para un rango de frecuencias. En el caso de los integradores, su óptimo funcionamiento se da a frecuencias muy altas, con el inconveniente de sufrir una fuerte atenuación en la amplitud de la señal. En el caso de los derivadotes, su óptimo funcionamiento ocurre a frecuencias muy bajas, con el inconveniente de sufrir una fuerte atenuación en la amplitud de la señal. En cuanto al comportamiento de los filtros pasivos, presentan una gran desventaja frente a los activos, debido a que estos últimos, casi no requieren de un consumo de potencia de la señal de entrada, lo que implica una menor distorsión de la señal original, como así también poder entregar a la salida una señal con una impedancia de salida muy baja. Esto produce que los filtros activos no disminuyan la amplitud de las señales que se quieren analizar.
