¿Qué es el filtro de paso bajo (LPF)? | Tipos de LPF | Ventajas importantes y usos comunes

                                  CONTENIDO

  • Definición de filtro de paso bajo
  • Diagrama de circuito
  • Filtro de paso bajo activo y pasivo
  • ¿Qué hace un LPF? ¿Como funciona?
  • Operación
  • Respuesta en frecuencia
  • Función de transferencia de un LPF
  • Diseñar un LPF
  • Frecuencia de esquina de un filtro de paso bajo
  • Filtro ideal y real
  • Filtro de paso bajo vs filtro de paso alto
  • Ventajas de un LPF
  • ¿Cuáles son los usos de un filtro de paso bajo?
  • Preguntas Frecuentes

¿Qué es un filtro de paso bajo?

Definición de LPF:

 "El filtro de paso bajo transporta señales de frecuencia más baja con menos resistencia y tiene una ganancia de salida constante desde cero hasta una frecuencia de corte".

Generalmente, un filtro de paso bajo atenúa las frecuencias por encima de los puntos de corte.

Diagrama de circuito de un filtro de paso bajo:

Existen dos tipos de filtro activo, son-

  • Filtro de paso bajo activo - consta en su mayoría de componentes activos como op-amp, un transistor.
Filtro de paso bajo activo
Figura 1.1 Filtro de paso bajo activo
  • Filtro de paso bajo pasivo - consta principalmente de componentes pasivos como condensadores, resistencias, etc.
Figura 1.2 Filtro de paso bajo pasivo

¿Cómo funciona un filtro de paso bajo??

¿Qué hace un filtro de paso bajo?

En la figura 1.1, es un filtro activo de paso bajo de uso común.

El filtrado lo realiza comúnmente la red RC, y el amplificador operacional se utiliza como amplificador de ganancia unitaria. La resistencia RF(= R) se incluye para Dc offset.

En CC, la reactancia capacitiva es infinita y la ruta resistiva de CC a tierra para ambos terminales debe ser igual.

Aquí, todos los voltajes Vi, Vx, Vy, V0 se miden con respecto al suelo.

La impedancia de entrada del amplificador operacional es siempre infinita; no fluirá corriente hacia los terminales de entrada.

De acuerdo con la regla del divisor de voltaje, el voltaje a través del capacitor,

Dado que la ganancia del amplificador operacional es infinita,

Dónde,

= ganancia de banda de paso del filtro

                 f = frecuencia de la señal de entrada

= frecuencia de corte de la señal

AcL

 = ganancia de lazo cerrado del filtro en función de la frecuencia.

La magnitud de ganancia,

Y ángulo de fase (en grados),

Operación de un filtro de paso bajo:

El funcionamiento del filtro de paso bajo se puede verificar a partir de la ecuación de magnitud de ganancia de la siguiente manera:

A frecuencias muy bajas, es decir, f >> fc,

En f = fc,

En f> fc,

              |AcL| <AF

Por tanto, el filtro tiene una ganancia constante de AF de 0 Hz a la frecuencia de corte fc. En fc, el crecimiento es de 0.707AF, y después de fc, disminuye a un ritmo constante con un aumento de frecuencia.

Aquí, la respuesta real se desvía de la aproximación lineal de línea discontinua en la vecindad de 'fc. "

Respuesta de frecuencia del filtro de paso bajo:

Características del filtro de paso bajo

¿Cómo hacer un filtro de paso bajo?

Diseño de filtro de paso bajo:

Un valor de la frecuencia de corte ωc esta elegido.

La capacitancia C se selecciona con un cierto valor; normalmente, el valor está entre 0.001 y 0.1 µF. Se recomiendan los condensadores de mylar o tantalio para un mejor rendimiento.

El valor de R se calcula a partir de la relación,

              Fc = frecuencia de corte en hercios

              Ωc = la frecuencia de corte está en radianes segundos.

              C = en Farad

Finalmente, los valores de R1 Y RF se seleccionan dependiendo de la ganancia de banda de paso deseada utilizando la relación,

Escala de frecuencia: - Una vez que se diseña un filtro, es posible que sea necesario cambiar su frecuencia de corte. El método de conversión de una frecuencia de corte original fc a una nueva frecuencia de corte se denomina "escalado de frecuencia".

Para cambiar una frecuencia de corte, multiplique R o C, pero no ambos por la relación: -

Frecuencia de esquina y frecuencia de corte de un filtro de paso bajo:

La transición de un filtro de paso bajo es siempre rápida y suave desde el banda de paso a banda de detención. Además, una frecuencia de corte no es un parámetro para medir la bondad o la maldad en un rango de frecuencia. La frecuencia de corte se conoce con mayor precisión como la frecuencia de -3dB, es decir, es la frecuencia a la que la respuesta de magnitud es 3dB menor que el valor a 0 Hz.

¿Qué es Pass-band?

"La banda de paso es el rango particular de frecuencias por las que pasa un filtro en su interior".

Para los filtros de paso bajo, las frecuencias que se mueven hacia el final de la banda de paso no pueden tener ninguna ganancia o atención significativa.

¿Qué es Stopband?

“Un filtro siempre lleva filtros dentro de una banda determinada y rechaza las frecuencias que están por debajo del rango dado. Este rango en particular se conoce como Stopband ”.

Como existen limitaciones para los filtros de paso bajo, la banda de supresión se atenúa a una frecuencia particular, que se acerca a la frecuencia de corte más cerca de 0 Hz.

La función de transferencia de un filtro de paso bajo:

¿Qué es una función de transferencia?

"La función de transferencia es un número complejo que tiene magnitud y fase. En el caso de los filtros, la función de transferencia ayuda a introducir una diferencia de fase entre la entrada y la salida.."

Dado que el filtro de paso bajo permite que las señales de CA de baja frecuencia pasen a través de él, la salida se atenúa. Utilizamos diferentes componentes activos y pasivos para hacer un filtro, que eventualmente tiene otras características. La función de transferencia nos dice cómo se relaciona una entrada con una salida dependiendo de las características del componente. La función de transferencia se puede determinar fácilmente a partir de un gráfico de la señal de salida a varias frecuencias. También podemos calcular la función de transferencia usando las leyes de Kirchoff para derivar la ecuación diferencial del filtro.

A medida que pasa más señal a través de él, el filtro aplicará un cambio de fase a la señal de salida para la señal de entrada. Por tanto, la función de transferencia de un filtro es una función compleja de frecuencia. También contiene toda la información vital que necesitamos para determinar la magnitud de la señal de salida y su fase.

Filtro ideal y filtro real:

A veces, por razones de simplificación, a menudo usamos los filtros activos para aproximar formas. Los actualizamos a un modelo ideal y teórico, que se llama 'Filtro ideal'.

El uso de estos estándares es insuficiente y conduce a errores; luego, el filtro debe tratarse en función de un comportamiento real preciso, es decir, como un "filtro real".

Los principales términos clave de un filtro ideal son

  • Una unidad de ganancia
  • Degradación completa de la señal de entrada en las bandas.
  • La transición de respuesta de una zona a otra es bastante abrupta.
  • No crea ninguna distorsión cuando la señal pasa por la zona de tránsito.

¿Cuáles son las diferencias entre el filtro de paso bajo y el filtro de paso alto?

¿Cuáles son las ventajas de un filtro de paso bajo?

  • Los filtros de paso bajo pueden eliminar fácilmente los efectos de alias de un circuito, lo que hace que el circuito funcione sin problemas.
  • Los filtros de paso bajo son rentables, por lo que se pueden utilizar fácilmente.
  • Los filtros de paso bajo tienen una impedancia de salida baja; por lo tanto, evita que la frecuencia de corte de los filtros se vea afectada por la carga.

Aplicaciones de un filtro de paso bajo:

  • Se utiliza un filtro de paso bajo en los filtros de "silbido".
  • LPF se utiliza en altavoces de audio para reducir las altas frecuencias.
  • LPF se puede utilizar como amplificador de audio y ecualizador.
  • En el convertidor analógico a digital, LPF se utiliza como filtros anti-aliasing para controlar las señales.
  • LPF se utiliza para suavizar y desenfocar imágenes.
  • LPF también se utiliza en transmisores de radio para bloquear emisiones armónicas.
  • Estos filtros se utilizan en sistemas de música para filtrar los sonidos de alta frecuencia, provocando eco en los sonidos más altos.

Ø  ¿Qué es un filtro de paso bajo pasivo?

Un filtro de paso bajo pasivo es un filtro hecho de todos los componentes pasivos como condensadores, resistencias, etc. Causa un nivel de salida menor en comparación con el nivel de entrada.

Ø  ¿Qué es un circuito de paso bajo RC?

Un circuito de paso bajo RC está hecho solo de resistencias y condensadores, como su nombre lo indica. También es un filtro pasivo esencial. En este filtro, la reactancia de un capacitor varía inversamente con la frecuencia, y el valor de la resistencia permanece constante a medida que cambia la frecuencia.

Ø  ¿Qué es un filtro de paso bajo Butterworth?

A Filtro de mantequilla es ese tipo de filtro donde la respuesta de frecuencia es plana sobre la región de banda de paso. Un filtro Butterworth de paso bajo proporciona una salida constante desde la fuente de CC a una frecuencia de corte particular y rechaza las frecuencias de nivel más alto.

Ø  ¿Cómo se puede construir un filtro de paso bajo de segundo orden?

Sabemos que se puede hacer un filtro de paso bajo de primer orden conectando una sola resistencia y un condensador cuyo polo único puede darnos una pendiente de caída de -20dB / década. Para hacer un filtro de paso bajo pasivo de segundo orden, conectamos o conectamos en cascada dos filtros pasivos (de primer orden). También es una red de dos polos.

Ø  Anote la frecuencia de esquina de un filtro de segundo orden.

En un filtro de paso bajo de segundo orden, observamos un punto de frecuencia de esquina de -3dB y, por lo tanto, la frecuencia de banda de paso cambia de su valor original calculado en la ecuación:

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Acerca de Soumali Bhattacharya

Actualmente me dedico al campo de la Electrónica y la comunicación.
Mis artículos se centran en las principales áreas de la electrónica básica en un enfoque muy simple pero informativo.
Soy un aprendiz vivo y trato de mantenerme actualizado con las últimas tecnologías en el campo de los dominios de Electrónica.

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