Esta nota de aplicación describe el diseño y análisis de filtros LC pasivos. Analizamos brevemente el uso de modelos basados en mediciones para el diseño y el análisis, el modelado del comportamiento del filtro y soluciones comprobadas de paso bajo y paso alto.
Esta nota de aplicación describe el diseño y análisis de filtros LC pasivos. Analizamos brevemente el uso de modelos basados en mediciones para el diseño y el análisis, el modelado del comportamiento del filtro y soluciones comprobadas de paso bajo y paso alto.
Los filtros LC de electrónica pasiva se utilizan para bloquear el ruido de los circuitos y sistemas. Un filtro ideal pasa las frecuencias de señal deseadas sin pérdida de inserción o distorsión y bloquea completamente todas las señales dentro de la banda de parada. Un filtro real tiene resistencia de CC y CA, lo que contribuye a la pérdida de inserción, por lo que los componentes deben elegirse con cuidado.
Seleccionar los valores exactos de los componentes necesarios para una aplicación en particular puede parecer una tarea abrumadora para el novato. Las categorías de filtros incluyen paso bajo, paso alto, paso de banda, supresión de banda, paso total y multiplexor. Los más simples de diseñar e implementar son los tipos de paso bajo y paso alto.
Hay muchos arreglos de filtros posibles, incluidos Butterworth, Bessel, Chebyshev y Elliptic. La elección de la afinación del filtro implica un compromiso entre la uniformidad del comportamiento de la frecuencia y la nitidez del corte. El filtro LC más simple consta de un inductor y un condensador. Los filtros de orden superior utilizan más componentes para proporcionar una atenuación más nítida y definida para atenuar mejor el ruido no deseado.
Afortunadamente, los programas modernos de síntesis y análisis de circuitos pueden realizar rápidamente cálculos tediosos y lentos. El programa de síntesis de filtro generará los valores requeridos de inductancia (L) y capacitancia (C). El usuario ingresa los valores apropiados y el programa de análisis simula los resultados. Una vez que se calculan los valores iniciales, se crea una solución de trabajo utilizando componentes listos para usar.
Modelado del comportamiento del filtro
Idealmente, podríamos simplemente definir una banda de frecuencia para pasar. Están bloqueados y el programa genera valores de componentes estándar para brindarle un rendimiento real a bordo.
Para diseños de filtros de baja frecuencia, los modelos de componentes ideales pueden ser suficientes para el análisis. Sin embargo, debido a los efectos parásitos del circuito de los inductores, los condensadores y las pistas de la placa de circuito, puede ser necesario elegir valores de componentes ligeramente diferentes para ajustar el rendimiento del filtro de alta frecuencia. En este caso, se debe usar un modelo de inductor preciso y un modelo de almohadilla y trazado de placa de circuito para predecir con mayor precisión el filtro real. Muchos diseños requieren modelos de inductancia precisos basados en mediciones de componentes reales, pero se pueden usar condensadores ideales para la simulación. La simulación de filtros que se acercan al rango de los gigahercios también puede requerir modelos de capacitores no ideales.
Finalmente, la placa prototipo debe ensamblarse, probarse y ajustarse según sea necesario. Una vez que el diseño es aceptable, se puede analizar el impacto de las tolerancias de los componentes.