Filtros Activos:

Un filtro activo es un filtro electrónico analógico distinguido por el uso de uno o más componentes activos (que proporcionan una cierta forma de amplificación de energía), que lo diferencian de los filtros pasivos que solamente usan componentes pasivos. Típicamente este elemento activo puede ser un tubo de vacío, un transistor o un amplificador operacional.

Filtros con Amplificadores operacionales:

Un filtro activo puede presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto a la señal 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.

El orden de un filtro describe el grado de aceptación o rechazo de frecuencias por arriba o por debajo, de la respectiva frecuencia de corte.

Filtros de Primer Orden:

Un filtro de primer orden, cuya frecuencia de corte sea igual a (F), presentará una atenuación de 6 dB en la primera octava (2F), 12 dB en la segunda octava (4F), 18 dB en la tercera octava (8F) y así sucesivamente.

Filtros de Segundo Orden:

Un filtro de segundo orden tendrá el doble de pendiente (representado en escala logarítmica) que un filtro de primer orden. Esto se relaciona con los polos y ceros: los polos hacen que la pendiente baje con 20 dB por década y los ceros que suba también con 20 dB por década, de esta forma los polos y ceros pueden compensar su efecto.

Se pueden implementar, entre otros, filtros paso bajo, paso alto, paso banda.

Filtros pasa bajos.

Un filtro paso bajo corresponde a un filtro caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas. El filtro requiere de dos terminales de entrada y dos de salida, de una caja negra, también denominada cuadripolo o bipuerto, así todas las frecuencias se pueden presentar a la entrada, pero a la salida solo estarán presentes las que permita pasar el filtro. De la teoría se obtiene que los filtros están caracterizados por sus funciones de transferencia, así cualquier configuración de elementos activos o pasivos que consigan cierta función de transferencia serán considerados un filtro de cierto tipo.

En particular la función de transferencia de un filtro paso bajo de primer orden corresponde a

H ( s )=K 1

1+ sωc

Donde la constante k es sólo una ponderación correspondiente a la ganancia del filtro, y la real

importancia reside en la forma de la función de transferencia,

1

1+ sωc la cual determina el

comportamiento del filtro. En la función de transferencia anterior ωc corresponde a la frecuencia de corte propia del filtro, aquel valor de frecuencia para el cual la amplitud de la señal de entrada se atenúa 3 dB.

De forma análoga al caso de primer orden, los filtros de paso bajo de mayor orden también se caracterizan por su función de transferencia, por ejemplo la de un filtro paso bajo de segundo

orden corresponde a H ( s )=K

ω02

s2+2ξω0 s+ω02

Donde ω0es la frecuencia natural del filtro y ξ es el factor de amortiguamiento de este.

Filtros pasa altos:

Un filtro pasa altos (HPF) es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación.

El filtro paso alto más simple es un circuito RC en serie en el cual la salida es la caída de tensión en la resistencia.

Si se estudia este circuito (con componentes ideales) para frecuencias muy bajas, en continua por ejemplo, se tiene que el condensador se comporta como un circuito abierto, por lo que no dejará pasar la corriente a la resistencia, y su diferencia de tensión será cero. Para una frecuencia muy alta, idealmente infinita, el condensador se comportará como un cortocircuito, es decir, como si no estuviera, por lo que la caída de tensión de la resistencia será la misma tensión de entrada, lo que significa que dejaría pasar toda la señal. Por otra parte, el desfase entre la señal de entrada y la de salida si que varía, como puede verse en la imagen.

El producto de resistencia por condensador (R×C) es la constante de tiempo, cuyo recíproco es la frecuencia de corte, es decir, donde el módulo de la respuesta en frecuencia baja 3dB respecto a la zona pasante:

f c=1

2π . RC

Donde f c es la frecuencia de corte en hertzios, R es la resistencia del parlante en ohmios y C es la capacidad en faradios.

El desfase depende de la frecuencia f de la señal y sería:

θ=tan−1 f cf

Filtros Pasa Banda:

El circuito que se muestra a continuación es un filtro electrónico PasaBanda. (filtro paso bajo + filtro paso alto)

Este tipo de filtro sólo deja pasar un rango de frecuencias delimitada por dos frecuencias de corte:

- Fc1: Frecuencia de corte del filtro paso alto. (frecuencia de corte inferior)- Fc2: Frecuencia de corte del filtro paso bajo. (frecuencia de corte superior)

Si se modifican estas frecuencias de corte, se modifica el rango de frecuencias, ampliando o disminuyendo las frecuencias que pueden pasar por él.

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.

El orden de los filtros se puede invertir (primero el filtro paso bajo y después el filtro paso alto), pero hay razones para ponerlos en el orden del gráfico.

Una razón es que el segundo filtro se comporta como una carga para el primero y es deseable que esta carga sea la menor posible (que el segundo filtro demande la menor cantidad de corriente posible del primero)

Al tener el segundo filtro una frecuencia de corte mayor, es de suponer que los valores de las impedancias causadas por R2 y C2 sean mayores y ésto cause que sea menor la carga que tenga el primer filtro.

Como se puede ver en el gráfico, el primer filtro (paso alto con R1 y C1) permite el paso de las frecuencias superiores a la frecuencia de corte de este.

Las ondas que lograron pasar por el primer filtro ahora avanzan hasta el segundo filtro donde se eliminan las frecuencias que son superiores a la frecuencia de corte del segundo filtro (paso bajo con R2 y C2).

Bibliografía:

http://www.unicrom.com/Tut_filtroRCpasabajo.asp

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_activo