Filtro de parada de banda

En el tutorial anterior, usaste el método Filtros de paso de bandaes un circuito que pasa la frecuencia de una determinada banda de señales. En este tutorial, aprenderá sobre el filtro de parada de banda, que es un filtro que funciona exactamente al revés de un filtro de paso de banda.

Un filtro de paso de banda o de rechazo de banda detiene o atenúa una banda de frecuencia mientras pasan frecuencias fuera de este rango. El rango de frecuencias de atenuación se denomina banda de parada.

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Introducción

Un filtro de interrupción de banda es una combinación de un filtro de paso bajo y un filtro de paso alto, que está formado por conexiones paralelas en lugar de conexiones en cascada. El propio nombre indica que detendrá una banda de frecuencia específica. Debido a que elimina las frecuencias, también se denomina filtro de rechazo de banda, filtro de rechazo de banda o filtro de muesca.

En la siguiente figura se muestra un diagrama de bloques de un filtro de parada de banda.

A diferencia de los filtros de paso alto y paso bajo, se ha encontrado que los filtros de paso de banda y de parada de banda tienen dos frecuencias de corte. Pasa por encima y por debajo de un cierto rango de frecuencia, donde la frecuencia de corte está predeterminada en función de los valores de los componentes utilizados en el diseño del circuito.

La frecuencia entre estas dos frecuencias de corte se atenúa. Tiene dos bandas de paso y una banda de parada. Las características ideales de un filtro de paso de banda son las siguientes:

Dónde f_L Indica la frecuencia de corte del filtro de paso bajo.

f_H es la frecuencia de corte del filtro de paso alto.

Frecuencia central fc = √( f_L x f_H)

Las características de un filtro de parada de banda son exactamente las opuestas a las de un filtro de paso de banda.

Cuando se da una señal de entrada, las frecuencias bajas pasan a través del filtro de paso bajo del circuito de parada de banda y las frecuencias altas pasan a través del filtro de paso alto en el circuito.

En la práctica, debido al mecanismo de conmutación del condensador del filtro de paso alto y el filtro de paso bajo, las características de salida no son las mismas que las características de salida del filtro ideal. La ganancia en la banda de paso debe ser igual a los filtros de paso bajo y paso alto. La respuesta de frecuencia del filtro de parada de banda se muestra en la siguiente figura, y la línea verde muestra la respuesta real en la siguiente figura.

Circuito de filtro electrónico de parada de banda que utiliza R, L y C

A continuación se muestra un circuito de filtro de parada de banda simple con componentes pasivos.

La salida se realiza a través del inductor y el condensador conectados en serie. Se ha encontrado que si las frecuencias de las entradas son diferentes, el circuito se comporta como un circuito abierto o un cortocircuito.

A bajas frecuencias, el condensador actúa como un circuito abierto y el inductor se comporta como un cortocircuito. A altas frecuencias, el inductor se comporta como un circuito abierto y el condensador se comporta como un cortocircuito.

Así, debido a esto, podemos decir que el circuito funciona como un circuito abierto a bajas y altas frecuencias, ya que el inductor y el condensador están conectados en serie. También está claro que a frecuencias medias el circuito se comporta como un cortocircuito. Por lo tanto, las frecuencias medias no pueden pasar a través del circuito.

El rango de frecuencia media en el que el filtro actúa como cortocircuito depende de los valores de las frecuencias de corte inferior y superior. Los valores de esta frecuencia de corte inferior y superior dependen del valor del componente.

Los valores de estos componentes están determinados por la función de transferencia del circuito de acuerdo con el diseño. La función de transferencia no es más que la relación entre la salida y la entrada.

Aquí, la frecuencia angular ω = 2πf

Filtro de muesca (filtro de apertura de banda estrecha)

El circuito anterior muestra una red gemela en “T”. Este circuito proporciona un filtro de muesca. Un filtro de muesca no es más que un filtro de parada de banda estrecha. La forma característica de la respuesta de parada de banda hace que el filtro sea un filtro de muesca.

Este filtro de muesca se aplica para eliminar frecuencias individuales. Está formada por dos redes en forma de “T”, por lo que se denomina red twin-T. El rechazo máximo se produce en la frecuencia central f._C = 1/(2πRC).

En el caso de los filtros de muesca, el condensador seleccionado en el diseño del circuito debe ser menor o igual a 1 μF para excluir un valor específico de frecuencia. Puede utilizar la ecuación de frecuencia central para calcular el valor de la resistencia.

Al usar este circuito de muesca, se puede eliminar una sola frecuencia de 50 Hz o 60 Hz.

Un filtro de muesca de segundo orden con un amplificador operacional de componente activo en una configuración no inversora se da de la siguiente manera:

La ganancia se puede calcular de la siguiente manera:

donde el factor de calidad Q = 1/2 x (2 – A_Máximo)

Si el valor del factor de calidad es alto, el ancho del filtro de muesca será más estrecho.

Respuesta en frecuencia del filtro de parada de banda

Tomando la frecuencia y la ganancia, la respuesta en frecuencia de la banda de parada es la siguiente:

El ancho de banda se obtiene a frecuencias de corte bajas y altas. De acuerdo con un filtro ideal, la ganancia en la banda de paso debe ser Amax y la ganancia en la banda de parada debe ser cero. De hecho, hay varias áreas de transición. La ondulación de la banda de paso y la ondulación de la banda de parada se pueden medir de la siguiente manera:

Ondulación a través de la banda = – 20 log₁₀(1-δp)dB

Ondulación de la banda de parada = – 20 log₁₀(δs)

Dónde

δp = Respuesta de amplitud del filtro de banda de paso

δs = respuesta de amplitud del filtro de banda de parada.

El ancho de banda de parada típico de un filtro de parada de banda es de 1 a 2 décadas. La frecuencia más alta rechazada es de 10 a 100 veces mayor que la frecuencia más baja eliminada.

Respuesta ideal de los filtros de muesca

Ejemplo de un filtro de parada de banda

Considere un circuito de filtro de muesca de banda estrecha. Se ha descubierto que los filtros de muesca se utilizan para eliminar frecuencias individuales. Por lo tanto, consideremos que la frecuencia a eliminar es de 120 Hz. Valor del condensador C = 0,33 μF.

Frecuencia central f_C = 1/(2πRC)

R = 1/(2πf_CC) = 1 / (2πx120 x 0,33 x 10^-6) = 4 kΩ

Por lo tanto, para diseñar un filtro de muesca que rechace la frecuencia de 120 Hz, se deben proporcionar dos resistencias paralelas de 4 kΩ cada una y dos condensadores paralelos de 0,33 μF cada uno.

Descripción general de los filtros de parada de banda

El filtro de parada de banda tiene dos bandas de paso y una banda de parada. Las características de este filtro son exactamente las opuestas a las de un filtro de paso de banda. También se denomina filtro de eliminación de banda o filtro de eliminación de banda. Un filtro de paso alto y un filtro de paso bajo están conectados en paralelo. Las frecuencias bajas se dan al filtro de paso bajo y las frecuencias altas se dan al filtro de paso alto.

Condensador e inductor conectados en serieUn circuito RLC compacto forma un filtro de parada de banda. A frecuencias muy altas y muy bajas, el circuito del filtro de parada de banda se comporta como un circuito abierto, y a frecuencias medias el circuito actúa como un cortocircuito.

Por lo tanto, el circuito atenúa solo las frecuencias medias y permite todas las demás frecuencias. Las frecuencias de corte bajas y altas del filtro dependen del diseño del filtro.

Un filtro de parada de banda con una función de apertura de banda estrecha se denomina filtro de muesca. Se utiliza para eliminar un solo valor de frecuencia. Está formado por dos resistencias y dos condensadores conectados a dos redes en forma de “T”.

Es por eso que se llama filtro doble en “T”. El ancho de banda del filtro no es más que la banda de parada del filtro. Si el factor de calidad Q es alto, cuanto más estrecha sea la respuesta de la muesca, mejor. Son ampliamente preferidos en los circuitos de comunicación.

¿Para qué se utilizan los filtros de parada de banda?

Con diferentes tecnologías, estos filtros se utilizan en diferentes tipos.

• En la tecnología telefónica, estos filtros se utilizan como reductores de ruido para líneas telefónicas y como servicios de Internet DSL. Esto ayuda a eliminar la interferencia de línea que degrada el rendimiento de DSL.
• Estos son ampliamente utilizados en amplificadores de guitarra eléctrica. De hecho, esta guitarra eléctrica emite un “zumbido” a una frecuencia de 60 Hz. Este filtro se utiliza para amplificar la señal generada por el amplificador de guitarra y para reducir su zumbido, haciendo el mejor equipo. También se utilizan en aplicaciones acústicas como mandolinas, instrumentos bajos, amplificadores, etc.
• En la electrónica de comunicación, el ruido (armónicos) distorsiona la señal, lo que hace que la señal original interfiera con otras señales, lo que provoca errores en la salida. Por lo tanto, estos filtros se utilizan para eliminar estos armónicos no deseados.
• Se utilizan para reducir la electricidad estática en las radios que se utilizan comúnmente en nuestra vida diaria.
• También se utilizan en la tecnología de comunicación óptica, donde puede haber luz al final de la fibra óptica con frecuencias de interferencia (espuras) que distorsionan el haz de luz. Estas distorsiones se eliminan mediante un filtro de parada de banda. La espectroscopia Raman es un buen ejemplo.
• En el procesamiento de imágenes y señales, estos filtros son muy preferidos para eliminar el ruido.
• Se utilizan en aplicaciones de audio de alta calidad, como los sistemas de megafonía (PA por sus siglas en inglés).
• También se utilizan en aplicaciones en el campo médico, es decir, equipos biomédicos como EGC para la eliminación de ruido de línea.