2. QUE ES UN FILTRO?
Los filtros en general son una variedad de circuitos selectivos en
frecuencia, que permiten el paso de algunas frecuencias, mientras son
atenuadas las otras frecuencias.
Estos son utilizados en frecuencias que van desde menos de 1Hz
(empleado en sismologia) hasta algunos GigaHertz en microondas.
3. CLASIFICACION DE LOS FILTROS
• LOS FILTROS SE CLASIFICAN BAJO 3 CRITERIOS:
1. Según la tecnologia empleada.
2. Según la funcion que llevan a cabo.
3. Según la funcion matematica empleada para conseguir la curva de
respuesta.
4. Filtros Activos
• Estos utilizan un amplificador de alta ganancia, transistores o
amplificadores operacionales junto con los elementos R,L,C.
5. Filtros Pasivos
• Estos tipos de filtros utilizan solamente Resistores,
Capacitores e Inductores.
6. Ventaja de los Filtros Activos
• Permiten eliminar las inductancias que, en bajas
frecuencias son voluminosas.
• Facilitan el diseño de circuitos complejos mediante la
asociacion de etapas simples.
• Proporcionan una gran amplificacion de la señal de
entrada ( Ganancia ), la cual es muy importante cuando
se trabaja con señales de niveles muy bajas.
• Ofrecen mucha flexibilidad en los proyectos.
7. Desventajas de los filtros activos
• Exigen una fuente de alimentacion externa.
• Su Respuesta de frecuencia es muy limitada por la
capacidad de los amplificadores operacionales usados.
• Es imposible la aplicación en sistemas de media y alta
potencia.
8. A pesar de las limitaciones, los filtros activos prestan
cada vez mas un servicio en el campo de la electronica,
especialmente en las areas de la Instrumentacion Y
Telecomunicaciones. Dentro de las primeras es
interesante destacar la electromedicina o
bioelectronica, cuyos equipos hacen gran uso de ellos,
principalmente cuando operan a bajas frecuencias.
9. Aplicaciones de los filtros activos
• Estos circuitos se emplean para aumentar o atenuar
ciertas frecuencias en:
• Circuitos de audio.
• Generadores electronicos de musica.
• Instrumentos sismicos.
• Circuitos de comunicaciones.
• En laboratorio de investigacion para estudiar los
componentes de frecuencias de señales tan diversas
como:
1. Ondas cerebrales.
2. Vibraciones mecanicas.
10. Ventajas de los filtros pasivos
• Son baratos.
• Faciles de implementar.
• Respuesta aproximada a la funcion ideal.
• Muy utilizados en aplicaciones de altas frecuencias y
aplicaciones de media y alta potencia.
11. Desventajas de los filtros pasivos
• La respuesta a la frecuencia puede tener variaciones
importantes a la funcion ideal.
• La respuesta a la frecuencia esta limitada al valor de los
componentes activos.
• Elementos como los inductores son dificil de
conseguirse y sus valores se incrementan en bajas
frecuencias.
12. 2. Funcion de los filtros activos
Según la funcion, los filtros pueden clasificarse en:
•Filtro Pasa bajo.
•Filtro Pasa alto.
•Filtro Pasa banda.
•Filtro Rechaza banda.
13. Filtro pasa bajo
Solamente permite el paso de las frecuencias que se
hallan por debajo de la frecuencia de corte ( fc ) con muy
pocas perdidas.
Las frecuencias superiores son atenuadas.
14. Filtro pasa alto
• Solamente dejan pasar las frecuencias que se hallan por
encima de una determinada frecuencia de corte ( fc ).
15. Filtro pasa banda
• Permite el paso de las frecuencias situadas dentro de
una banda delimitada por una frecuencia de corte
inferior ( fc1 ) y una frecuencia de corte superior ( fc2 ).
16. Filtro Rechaza Banda
• Permite el paso de las frecuencias inferiores o superiores a
dos frecuencias determinadas, que se denominan de corte
inferior ( fc1 ) y de corte superior ( fc2 ),respectivamente.
• Son atenuadas las frecuencias comprendidas en la banda
delimitada por estos 2 valores.
18. 3. según su diseño
Los filtros activos pueden clasificarse en varios diseños los
cuales se dividen en:
•Filtro Butterworth.
•Filtro Chevishev
•Filtro Bessel
19. Filtro Butterworth
Se le conoce como filtro de respuesta plana o uniforme
hasta la frecuencia de corte ( fc ). En pocas palabras la
salida se mantiene constante casi hasta la frecuencia de
corte, luego este disminuye a razon de 20n dB por decada
donde n es el numero de polos del filtro.
Debido a su respuesta plana se suele usar en los filtros
anti-aliasing y en aplicaciones de conversion de datos.
En general, donde sea necesario conseguir una buena
precision de medida en la banda de paso.
20.
21. Filtro Chevishev
• La transicion a partir de la frecuencia de corte es muy
abrupta, pero en la banda de paso tenemos un rizado.
• Su utilizacion se restringira a aquellas aplicaciones en el
que el contenido de frecuencias es mas importante que
la magnitud.
22. Filtro Bessel
• Tiene una repuesta lineal con respecto a la fase, lo cual
resulta en un retardo constante en todo el ancho de
banda deseado.
24. Selectividad de un filtro Activo
• El factor Q, tambien denominado factor de calidad o
factor de selectividad. Es una medida de la eficacia de
un filtro al realizar su funcion. Este mide la relacion entre
la energia reactiva que almacena y la energia que disipa
durante un ciclo completo de la señal.
• Un diseño de un filtro puede ser especificado por su
factor de calidad en vez del numero de orden necesario
para conseguir un efecto determinado.
25. En filtros pasa banda se define el factor de calidad como:
Donde f m es la frecuencia central o frecuencia de
resonancia f0 y f1,f2 son las frecuencias de corte inferior y
superior que en pocas palabras es el ancho de banda.
El factor Q aplicado a un solo componente sirve para
caracterizar sus componentes no ideales. Así para una
bobina real se tiene en cuenta la resistencia del cable; un
valor alto de Q significa una resistencia pequeña y por
tanto un comportamiento más parecido a la bobina ideal.
26. • En un circuito RL el factor de calidad es:
Donde es:
• En un circuito RC el factor de calidad es:
• En filtros sirve para ver el ancho de banda, en pocas
palabras, un filtro con menor ancho de banda( mayor Q),
sera mejor que otro con mas ancho.
• En relacion a la expresion original es mas dificil hacer
filtros de calidad ( porque requieren una Q mayor) a alta
frecuencia que a baja frecuencia.
28. Orden del filtro
• El orden de un filtro describe el grado de aceptacion o
rechazo de frecuencias por encima o por debajo de la
respectiva frecuencia de corte.
• Un filtro de primer orden, cuya frecuencia de corte sea
igual a F, presentara una atenuacion de 6dB en la
primera octava (2F),12 en la segunda (4F), 18 en la
tercera octava (8F) y asi sucesivamente.
• Uno de segundo orden tendria el doble de pendiente
(representado en escala logaritmica ).
39. Diseño de un filtro Butterworth
El circuito de la fig 1.8 es un filtro activo pasa bajos muy utilizado. El Filtro se
realiza en el circuito RC y el amplificador operacional se utiliza como el
amplificador de ganancia unitaria.
El valor de la resistencia Rf es igual a R y se incluye para el desvío de cd.
El voltaje diferencial entre las terminales 2 y 3 es esencialmente 0 V. Por lo
tanto, el voltaje que corre por el capacitor C es igual al voltaje de salida, Vo,
debido a que este circuito es un seguidor de voltaje. Ei se divide entre R y C.
El voltaje del capacitor es igual a Vo y se expresa de la siguiente manera:
40. Diseño de un filtro Butterworth
• En la que W es la velocidad angular de Ei en radianes
por segundo (W=6.283f) y. j es igual a 1.
• La ganancia de voltaje en lazo cerrado, Acl, es:
• La fig 1.9 es un gráfica de |Acl| en función de W y
muestra que para frecuencias mayores a la frecuencia
de corte, Wc, |Acl| disminuye con una pendiente de 20
dB/década. Esto equivale a decir que la ganancia de
voltajes se divide entre 10 cuando la frecuencia de W
aumenta 10 veces.
