Filtros pasivos

Practica 1 de diseño con electrónica integrada:

Cualquier combinación de elementos pasivos (R, L y C) diseñados para dejar pasar una serie de frecuencias se denominan un filtro.

En los sistemas de comunicaciones se emplean filtros para dejar pasar solo las frecuencias que contengan la información deseada y eliminar las restantes.

Los filtros son usados para dejar pasar solamente las frecuencias que pudieran resultar sder de alguna utilidad y eliminar cualquier tipo de interferencia o ruido ajeno a ellas.

Existen dos tipos de filtros:

Filtros Pasivos: son aquellos tipos de filtros formados por combinaciones serie o paralelo de elementos R, L o C.

Los filtros activos son aquellos que emplean dispositivos activos, por ejemplo los transistores o los amplificadores operacionales, junto con elementos R L C.

En general se tienen los filtros de los siguientes tipos:

Pasa altas

Pasa bajas

Pasa bandas

Para cada uno de estos filtros existen dos zonas principales las cuales son llamadas Banda de paso y la banda de atenuación.

En la banda de paso, es donde las frecuencias pasan con un máximo de su valor, o hasta un valor de 70.71% con respecto a su original (la cual es la atenuación de -30 dB)

Filtro pasa bajas:

Es el primer filtro que se tiene, su funcionamiento es a base de un capacitor y resistencia, este filtro tiene la siguiente configuración:

Su funcionamiento es el siguiente:

El capacitor se comporta como una resistencia dependiente de la frecuencia por la relacion de :

Es decir, para frecuencias muy bajas el capacitor (por la regla de division de voltaje) al ser una resistencia muy alta, consume todo el voltaje, si s e conecta la salida en paralelo al capacitor se tendra el máximo de voltaje a la salida.

Conforme aumentemos la frecuencia de la fuente el capacitor disminuye su impedancia, con lo que el voltaje que disipa disminuye , hasta tender a cero.

Este tipo de filtro tiene una grafica de respuesta en frecuencia:

En cualquier frecuencia se puede determinar la salida de por medio de la regla divisora de voltaje:

O para expresarlo en magnitud y en fase:

Separando en magnitud y fase

Entonces la magnitud queda expresada como:

A un angulo de fase :

La frecuencia de corte se define como el punto de Vo=.7071Vi

Sustituyendo obtenemos que:

Filtro Pasa-altas

Este es el segundo de los filtros pasivo, el unico cambio que presenta es la conexión de la salida, la cual en vez de tomarse del capacitor se toma de la resistencia lo cual nos provoca que en vez de dejar “pasar” las frecuencia bajas pasen las frecuencias altas.

Circuito:

Como ya se menciono el circuito físicamente es igual que el anterior, solamente la salida se toma de la resistencia.

Explicación, cuando la frecuencia es demasiado baja, el voltaje se consume casi en su totalidad en el capacitor, el cual se comporta como una impedancia de valor muy alto, por lo que en la salida no se tiene casi voltaje, cuando la frecuencia aplicada es aumentada se tiene que el valor de la impedancia representada por el capacitor disminuyehasta que casi no consume voltaje, y la mayoria del voltaje se tiene a la salida.

Grafica de salida:

Estos dos filtros tienen un valor llamado frecuencia de corte, la cual es el valor de la frecuencia a partir del cual se considera que ya esta filtrando las señales.

Esta frecuencia esta determinada como la frecuencia en la que el valor de la salida con respecto a la entrada tiene una atenuación de -3dB. (o la salida es .717 del valor de la entrada).

Dependiendo de los valores elegidos de resistencia y capacitancia sera el valor de la frecuencia de corte.

Pero, para una resistencia fija, el valor de la frecuencia de corte depende del valor de el capacitor.

Siguiendo un procedimiento similar al anterior obtenemos que para el filtro pasa altas:

Filtro pasa bandas:

Este es un filtro que se compone de un filtro pasa bajas y uno pasa altas conectados en cascada.

Los componentes se deben de seleccionar para que la frecuencia de corte del filtro pasaaltas sea menor que la del filtro pasabajas.

Las frecuencias de corte se pueden calcular con las formulas anteriores.

La característica mas importante de este circuito es el ancho de banda que permitiremos pasar, el ancho de banda es igual a la resta de las frecuencias de corte.