En el tutorial anterior, usaste el método Filtro de paso alto activoEl filtro de paso alto está diseñado con un filtro RC pasivo y un circuito de amplificador operacional. En este tutorial, aprenderá sobre los filtros de paso bajo activos y comprenderá que la transición de un filtro de paso bajo a un filtro de paso alto no es más que un intercambio de componentes R y C.
Si buscas información sobre los filtros pasivos, consulta los siguientes tutoriales: “Filtro RC pasivo de paso bajo” Y “Filtro RC pasivo de paso alto”.
Tabla de contenido
- Introducción
- Filtro electrónico activo de paso bajo
- Filtro de paso bajo activo de ganancia de alto voltaje
- Ganancia de voltaje: Filuther de paso bajo activo
- Ejemplo de un filtro de paso bajo activo
- Respuesta en frecuencia
- Filtro de paso bajo activo de segundo orden
- ¿Para qué se utilizan los filtros de paso bajo activos?
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Introducción
Un filtro de paso bajo es un filtro que pasa todas las frecuencias de CC a la frecuencia de corte superior fH y elimina las señales por encima de esta frecuencia.
En el caso ideal, la curva de respuesta en frecuencia disminuye en la frecuencia de corte. En la práctica, la señal no cae bruscamente, sino que cae gradualmente de la región de transición a la región de la banda de parada.
La frecuencia de corte significa el punto en el que la respuesta cae en -3 dB o 70,7% desde la banda de paso. La región de transición es el área donde se produce la atenuación.
La región de la banda de parada se refiere al área donde se produce principalmente la atenuación de la señal de entrada. Por lo tanto, este filtro también se denomina filtro de corte alto o filtro de corte triple. La respuesta ideal se muestra a continuación.
Los filtros activos de paso bajo se forman mediante la combinación de componentes activos y pasivos, como amplificadores operacionales, FET y transistores, en lugar de usar solo componentes pasivos. Estos filtros son muy efectivos en comparación con los filtros pasivos. Los filtros activos se introducen para superar las deficiencias de los filtros pasivos.
Un filtro de paso bajo activo simple se forma utilizando un amplificador operacional. El amplificador operacional toma una señal de alta impedancia como entrada y da una señal de baja impedancia como salida. El componente amplificador de este circuito de filtro aumenta la amplitud de la señal de salida.
El funcionamiento de este amplificador hace que la señal de salida se amplíe o se estreche. La respuesta de frecuencia máxima del filtro depende del amplificador utilizado en el diseño del circuito.
Filtro electrónico activo de paso bajo
La atenuación de la señal, es decir, la amplitud de la señal de salida, es menor que la amplitud de la señal de entrada del circuito pasivo. Para superar este inconveniente de los filtros pasivos, se diseñan filtros activos. La conexión de un filtro pasivo de paso bajo a un amplificador operacional inversor o no inversor da como resultado un filtro de paso bajo activo simple.
El filtro activo de primer orden está formado por un solo amplificador operacional con un circuito RC. A continuación se muestra un filtro pasivo RC simple conectado al terminal no inversor del amplificador operacional.
Este circuito RC proporciona una ruta de baja frecuencia a la entrada del amplificador. El amplificador actúa como un circuito de búfer y proporciona una salida de ganancia unitaria. Este circuito tiene más valores de impedancia de entrada. Incluso si la impedancia de entrada del amplificador operacional está por debajo de la frecuencia de corte, esta impedancia de entrada está limitada por la impedancia en serie igual a R+ 1⁄jωC.
La impedancia de salida del amplificador operacional conectado al circuito es siempre baja. Este circuito proporciona una gran estabilidad al filtro. La principal desventaja de esta configuración es que la ganancia de voltaje es la unidad. Este circuito también tiene una baja impedancia de entrada, lo que resulta en una alta potencia de salida.
Filtro de paso bajo activo de ganancia de alto voltaje
El circuito de filtro de paso bajo activo descrito anteriormente no proporciona más que ganancia unitaria. Por lo tanto, se utilizan los siguientes circuitos para proporcionar una ganancia de alto voltaje:
Si la señal de entrada es de baja frecuencia, la señal pasará directamente a través del circuito de amplificación, pero si la frecuencia de entrada es alta, pasará a través del condensador C1. Este circuito de filtro aumenta la amplitud de la señal de salida por la ganancia de banda de paso del filtro.
En el caso de un circuito amplificador no inversor, se sabe que la magnitud de la ganancia de voltaje se obtiene mediante la resistencia de retroalimentación R2 Dividido por la resistencia de entrada correspondiente R3.
Esto se da de la siguiente manera
Magnitud de la ganancia de voltaje = {1 + (R2/R3)}
Ganancia de voltaje: Filuther de paso bajo activo
Sabemos que la ganancia se obtiene por el componente de frecuencia, que se da de la siguiente manera
Ganancia de voltaje = V_out⁄V_in = A_max⁄ √(1+〖F/f_c 〗^2 )
Dónde
- SerMáximo = Ganancia de banda de paso = 1 + R_2⁄R_3
- f = frecuencia de funcionamiento.
- fc = Frecuencia de corte.
- Vfuera = Voltaje de salida
- VY= Voltaje de entrada.
A medida que aumenta la frecuencia, la ganancia disminuye en 20 dB por cada 10 horas de aumento de frecuencia. Este comportamiento se observa de la siguiente manera
Si la frecuencia baja, es decir, la frecuencia de funcionamiento f, es inferior a la frecuencia de corte,
Vfuera A/VY = AMáximo
Si la frecuencia de funcionamiento es igual a la frecuencia de corte,
Vfuera A/VY = AMáximo / √2 = 0,707 AMáximo
Si la frecuencia de funcionamiento es inferior a la frecuencia de corte,
Vfuera A/VY <Máximo
Estas ecuaciones nos permiten decir que a bajas frecuencias la ganancia del circuito es igual a la ganancia máxima, y a altas frecuencias la ganancia del circuito es menor que la ganancia máxima AMáximo.
Si la frecuencia real es igual a la frecuencia de corte, entonces la ganancia es igual al 70,7% de A.MáximoEsto nos permite decir que por cada aumento de 10 veces (10 años) en la frecuencia, la ganancia del voltaje se divide por 10.
Magnitud de la ganancia de tensión (dB): AMáximo = 20 registros10 (Vfuera A/VY)
A una frecuencia de -3 dB, la ganancia viene dada por:
3 dB AMáximo = 20 registros10 {0.707 (Vfuera A/VY)}
Ejemplo de un filtro de paso bajo activo
Considere un filtro de paso bajo activo no inversor con una frecuencia de 160 Hz y una impedancia de entrada de 15 kΩ. A bajas frecuencias, suponga que la ganancia de voltaje de este circuito es 10.
La ganancia en dB es de 20 log (AMáximo) = 20log (10) = 20 dB
Se sabe que la ganancia de voltaje se da como:
SerMáximo = 10 = 1 + (R2/R1)
Ajuste la resistencia a R1 Es de 1,2 kΩ
R2 = 9R1 = 9 x 1.2k = 10.8kΩ
Por lo tanto, el R resultante2 es de 10,8 kΩ. Dado que este valor no existe, el valor estándar recomendado más cercano puede considerarse 11 kΩ.
Al considerar la ecuación para la frecuencia de corte, se puede obtener el valor del condensador.
fC = Método 1/2πRC
Si tomamos C como principal, entonces la fórmula anterior se puede escribir de la siguiente manera:
C = 1 / 2πFCR
Reemplace el valor de impedancia de entrada por 15 kΩ y el valor de f_C por 160 Hz.
Por lo tanto, C = 0,068 μF.
A partir de los valores obtenidos, podemos obtener un filtro de paso bajo activo de la siguiente manera:
Respuesta en frecuencia
La respuesta del filtro activo se muestra en la siguiente figura.
Filtro de paso bajo activo de segundo orden
Simplemente agregue un circuito RC al filtro de paso bajo de primer orden y el circuito actuará como un filtro de segundo orden. Arriba se muestra un circuito de filtro de segundo orden.
La ganancia del circuito anterior es A.Máximo = 1 + (R2/R1)
La frecuencia de corte del filtro de paso bajo de segundo orden es fc = 1 / 2π√(C1C2R3R4)
La respuesta en frecuencia y los pasos de diseño para los filtros secundario y primario son casi idénticos, excepto por la caída de la banda de parada. El valor de atenuación del filtro de segundo orden es el doble del valor de atenuación del filtro de primer orden, que es de 40 dB/década o 12 dB/octava. Estos filtros detienen las señales de alta frecuencia más teep.
¿Para qué se utilizan los filtros de paso bajo activos?
- En electrónica, estos filtros se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones. Estos filtros se utilizan como filtros de silbido en los altavoces de audio para reducir el silbido de alta frecuencia que se produce en el sistema y se utilizan como entradas para subwoofers.
- También se utilizan en ecualizadores y amplificadores de audio. Y De lo analógico a lo digital Conversión Se utilizan como filtros anti-aliasing para controlar la señal. En los filtros digitales, estos se utilizan para desenfocar la imagen, suavizar el conjunto de señales de datos. Un transmisor de radio que bloquea la radiación armónica.
- En acústica, estos filtros se utilizan para filtrar las señales de alta frecuencia del sonido transmitido que causan ecos a frecuencias de sonido más altas.