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Filtro activo

Ejemplo de filtro activo de paso alto de la topología Sallen–Key . El amplificador operacional se utiliza como amplificador buffer.

Un filtro activo es un tipo de circuito analógico que implementa un filtro electrónico utilizando componentes activos , normalmente un amplificador . Los amplificadores incluidos en el diseño de un filtro se pueden utilizar para mejorar el costo, el rendimiento y la previsibilidad de un filtro. [1]

Un amplificador evita que la impedancia de carga de la siguiente etapa afecte las características del filtro. Un filtro activo puede tener polos y ceros complejos sin utilizar un inductor voluminoso o costoso. La forma de la respuesta, el Q ( factor de calidad ) y la frecuencia sintonizada a menudo se pueden configurar con resistencias variables económicas. [2] En algunos circuitos de filtro activo, se puede ajustar un parámetro sin afectar a los demás. [1]

Tipos

Un filtro KROHN-HITE modelo 3500 del año 1974.

El uso de elementos activos tiene algunas limitaciones. Las ecuaciones básicas de diseño de filtros no tienen en cuenta el ancho de banda finito de los amplificadores. Los dispositivos activos disponibles tienen un ancho de banda limitado, por lo que a menudo son poco prácticos a altas frecuencias. Los amplificadores consumen energía e inyectan ruido en un sistema. Ciertas topologías de circuitos pueden resultar poco prácticas si no se proporciona una ruta de CC para la corriente de polarización hacia los elementos del amplificador. La capacidad de manejo de potencia está limitada por las etapas del amplificador. [3]

Las configuraciones de circuitos de filtro activo ( topología de filtro electrónico ) incluyen:

Los filtros activos pueden implementar las mismas funciones de transferencia que los filtros pasivos . Las funciones de transferencia más comunes son:

Se pueden hacer combinaciones, como por ejemplo, filtro de paso alto y filtro de muesca (en un filtro de ruido donde la mayor parte del ruido molesto proviene de una frecuencia particular). Otro ejemplo es un filtro elíptico .

Diseño de filtros activos

Para diseñar filtros, las especificaciones que deben establecerse incluyen:

Comparación con filtros pasivos

Un filtro activo puede tener ganancia , lo que aumenta la potencia disponible en una señal en comparación con la entrada. Los filtros pasivos disipan energía de una señal y no pueden tener una ganancia de potencia neta. Para algunos rangos de frecuencias, por ejemplo, en frecuencias de audio y por debajo, un filtro activo puede realizar una función de transferencia dada sin usar inductores , que son componentes relativamente grandes y costosos en comparación con las resistencias y los condensadores, y que son más caros de fabricar con la alta calidad y los valores precisos requeridos. Esta ventaja puede no ser tan importante para los filtros activos totalmente integrados en un chip porque los condensadores disponibles tienen valores relativamente bajos y, por lo tanto, requieren resistencias de alto valor que ocupan el área del circuito integrado. Los filtros activos tienen un buen aislamiento entre etapas y pueden proporcionar una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida; esto hace que sus características sean independientes de las impedancias de fuente y carga. Se pueden conectar en cascada múltiples etapas cuando se desee mejorar las características. Por el contrario, el diseño de filtros pasivos de múltiples etapas debe tener en cuenta la carga dependiente de la frecuencia de cada etapa de la etapa anterior. Es factible hacer que los filtros activos se puedan sintonizar en un amplio rango, en comparación con los filtros pasivos. Como no se utilizan inductores, los filtros se pueden fabricar en un tamaño muy compacto y no producen ni interactúan con los campos magnéticos que puedan estar presentes.

En comparación con los filtros activos, los filtros pasivos no requieren fuentes de alimentación adicionales. Los dispositivos amplificadores de un filtro activo deben proporcionar una ganancia y un rendimiento predecibles en todo el rango de frecuencias a procesar; el producto de la ganancia por el ancho de banda del amplificador limitará la frecuencia máxima que se puede utilizar. [5] [6]

Véase también

Referencias

  1. ^ de Don Lancaster, Libro de cocina con filtro activo , Howard W. Sams and Co., 1975 ISBN  0-672-21168-8 páginas 8-10
  2. ^ "Op-amp Band Pass Filter". Tutoriales básicos de electrónica . 2013-08-14 . Consultado el 2018-12-26 .
  3. ^ Muhammad H. Rashid, Circuitos microelectrónicos: análisis y diseño , Cengage Learning, 2010 ISBN 0-495-66772-2 , página 804 
  4. ^ "Los filtros de rechazo de banda se denominan filtros de rechazo". Tutoriales básicos de electrónica . 2015-10-20 . Consultado el 2018-12-26 .
  5. ^ Don Lancaster, Libro de cocina con filtro activo , Elsevier Science, 1996 ISBN 9780750629867 
  6. ^ "Introducción básica a los filtros: activo, pasivo y de condensador conmutado (Rev. A) Analógico y de señal mixta SNOA224A - TI.com" (PDF) . www.ti.com . Consultado el 2020-02-03 .

Enlaces externos