Los filtros de hardware electrónico se pueden clasificar en dos tipos: activos y pasivos.
Filtros activos: los circuitos de filtro que constan de componentes activos como transistores y amplificadores operacionales con componentes pasivos como resistencias, condensadores, etc. se denominan filtros activos.
Figura 1: Filtro activo
Filtro pasivo: los circuitos de filtro que constan únicamente de una resistencia, un condensador y un inductor y están sintonizados para resonar a una determinada frecuencia se denominan filtros pasivos.
Figura 2. Filtro pasivo
Existen principalmente cuatro tipos de filtros en electrónica según su respuesta de frecuencia y pueden diseñarse utilizando componentes activos y pasivos. Estos son filtros de paso bajo, paso alto, paso de banda y rechazo de banda (filtros de muesca).
Filtro de paso bajo
Un filtro que proporciona una salida de CC constante hasta una frecuencia de corte y luego no pasa ninguna señal por encima de esa frecuencia se denomina filtro de paso bajo ideal.
La relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada se llama ganancia de voltaje, que es constante en un rango de frecuencia desde cero hasta la frecuencia de corte. En consecuencia, la salida estará fielmente disponible desde cero hasta la frecuencia de corte con una ganancia constante. Las frecuencias entre cero y la frecuencia de corte se denominan frecuencias de banda de paso, mientras que las frecuencias por encima de la frecuencia de corte se denominan frecuencias de banda de parada.
En un filtro de paso bajo ideal, las frecuencias bajas están en la banda de paso y las frecuencias más altas están en la banda suprimida. Un filtro de paso bajo atenúa las frecuencias altas y pasa los componentes de baja frecuencia de una señal que pasa a través de un circuito de filtro de paso bajo.
Los filtros analógicos de primer orden se pueden diseñar utilizando una resistencia en serie y un condensador en derivación o un inductor en serie y una resistencia en derivación.
Cifra. 3: Diagrama de bloques del sistema de filtro pasivo de paso bajo
…donde Señal de entrada —> Filtro de paso bajo —> Señal de salida (frecuencias bajas atenuadas)
Por ejemplo, una señal tiene una banda de frecuencia de 100 MHz y necesitamos una señal con una banda de frecuencia inferior a 50 MHz. En este caso, necesitamos un filtro de paso bajo que atenuará la otra banda de frecuencia que no necesitamos. . En las líneas eléctricas, se utiliza un filtro de paso bajo como filtro EMI para reducir la proporción de componentes de frecuencia.
Figura 4: Diseño del circuito y respuesta de frecuencia del filtro de paso bajo.
Filtro de paso alto
Un filtro que pasa señales de banda de frecuencia por encima de la frecuencia de corte se llama filtro de paso alto. El filtro de paso alto tiene ganancia cero en una frecuencia llamada frecuencia de corte y por encima de esta frecuencia la ganancia es constante. En consecuencia, una señal de cualquier frecuencia más allá del límite se reproduce fielmente con una ganancia constante y las frecuencias desde cero hasta el límite se bloquearán.
El filtro de paso alto es el complemento funcional del filtro de paso bajo. En un filtro de paso alto, los componentes de baja frecuencia están en la banda de parada y los componentes de alta frecuencia están en la banda de paso. Esto significa que un filtro de paso alto pasa los componentes de alta frecuencia y bloquea los componentes de baja frecuencia de una señal mientras la pasa a través de un filtro de paso alto. Los filtros de paso alto se pueden implementar utilizando un condensador en serie y una resistencia en derivación o una resistencia en serie y un inductor en derivación.
Figura 5: Diagrama de bloques del sistema de filtro pasivo de paso alto
…donde, Señal de entrada —> Filtro de paso alto —> Señal de salida (altas frecuencias atenuadas)
Figura 6: Diseño del circuito y respuesta de frecuencia del filtro de paso alto.
Si una señal tiene una banda de frecuencia de 50 MHz y necesitamos una señal más allá de la banda de frecuencia de 30 MHz, entonces necesitamos este tipo de filtro que detendrá la banda de frecuencia por debajo de 30 MHz y permitirá una frecuencia superior a 30 MHz en los casos ideales. Estos filtros se utilizan en los altavoces para eliminar el ruido de bajo nivel.
Filtro de paso de banda
La versión en cascada de un filtro de paso alto y un filtro de paso bajo se llama filtro de paso de banda. El filtro de paso de banda pasa un conjunto de frecuencias entre una frecuencia de corte más baja y una frecuencia de corte más alta. Las frecuencias por debajo de una frecuencia de corte más baja y por encima de una frecuencia de corte más alta están en la banda de parada. El filtro de paso de banda ideal se muestra en la siguiente figura. Un filtro de paso de banda pasa una banda de frecuencias mientras atenúa otras partes de frecuencias (izquierda y derecha) que están fuera de la banda de una señal.
Figura 7: Diagrama de bloques del sistema de filtro de paso de banda pasivo
…donde, Señal de entrada —> Filtro de paso bajo —> Filtro de paso alto —> Señal de salida
Figura 8: Diseño del circuito y respuesta de frecuencia del filtro de paso de banda
Si, por ejemplo, una señal consta de una banda de frecuencia de 200 MHz y necesitamos una señal que consta de una banda de frecuencia superior a 50 MHz y inferior a 100 MHz, entonces necesitamos un filtro de paso de banda. Una aplicación de estos filtros son los teléfonos o celulares modernos, ya que el lado del audio es de aproximadamente 250 Hz a 5 Khz.
Filtro de rechazo de banda ( filtro Notch)
El complemento del filtro de paso de banda se llama filtro de rechazo de banda, también llamado filtro de muesca. En este filtro, las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte inferior y por encima de la frecuencia de corte superior están en la banda de paso. Las frecuencias entre la frecuencia de corte más baja y la frecuencia de corte más alta se encuentran en la banda de parada. La siguiente figura muestra una respuesta de muesca.
Figura 9: Diagrama de bloques del sistema de filtro de rechazo de banda
Figura 10: Diseño del circuito del filtro de rechazo de banda y respuesta de frecuencia
Los filtros idealizados definidos anteriormente no se pueden construir fácilmente. Debe haber una transición instantánea de la banda de paso a la banda final. Pero hay una región de transición que el diseñador reduce al realizar diseños de filtros de órdenes múltiples.
Supongamos que tenemos una señal que consta de una banda de frecuencia de 200 MHz y necesitamos una señal que consta de una banda de frecuencia inferior a 50 MHz y superior a 100 MHz. En este caso, necesitamos un filtro de rechazo de banda. Un ejemplo son los filtros de muesca que se utilizan en equipos médicos para eliminar zumbidos de 50 Hz.
Este artículo revisó los filtros de hardware básicos utilizados en el filtrado de señales, la reducción de ruido y la eliminación de componentes de frecuencia no deseados de una señal de información.