Filtros Activos

¿Qué es un filtro activo?

Los filtros activos se diferencian de los filtros comunes, en que estos últimos son solamente una combinación de resistencias, capacitores e inductores.

En un filtro común, la salida es de menor magnitud que la entrada.

En cambio los filtros activos se componen de resistores, capacitores y dispositivos activos como Amplificadores Operacionales o transistores.

En un filtro activo la salida puede ser de igual o de mayor magnitud que la entrada.

Filtro activo paso bajo con Amplificador Operacional

Curva de respuesta de un filtro Paso bajo.

Las líneas discontinuas rojas representan el filtro paso bajo ideal

Ganancia y frecuencia de corte de un filtro activo paso bajo

Si se seleccionan los resistores y capacitores de modo que:

C1 = C2 = C y R1 = R2 = R3 = R

- El valor de la frecuencia Fc (frecuencia de corte) se puede obtener con ayuda de la siguiente fórmula:

Fc = 0.0481 / RC.

- La ganancia del filtro (acordarse de que es un amplificador) será:

Av = Vo / Vin = R2 / R1.

Si se expresa esta ganancia en decibeles:

Av = 20Log Vo/Vin ó

Av = 20 log R2/R1.

Nota: Fc (frecuencia de corte) es el punto en la curva de transferencia en que salida ha caído 3 dB (decibeles) desde su valor máximo.

Filtro pasa altos

Se trata de un filtro que permita el paso de las frecuencias superiores a una frecuencia conocida llamada frecuencia central (fc) atenuando enormemente las frecuencias inferiores a dicha frecuencia central. En los gráficos inferiores se puede observar la respuesta ideal para un filtro de este tipo y la respuesta real lograda debido a las limitaciones de la electrónica; y es que ya se sabe: en electrónica no existe nada ideal. Su símbolo es el que se muestra en el dibujo de la derecha. Para este caso la frecuencia de corte estará establecida en fc = 1 KHz.

En los siguientes montajes se puede observar los diferentes circuitos para filtros pasa altos de orden 1 (a) y de orden 2 (b). Su diseño obedece a la estructura de Sallen-Key. Obsérvese que el número de orden del montaje coincide con el número de células R-C, cuyo fundamento ya se explicó con anterioridad y que será el mismo para cualquier tipo de filtro.

Filtro pasa bajas: k1 = RC1wc k2 = RC2wc

- Filtro pasa altas: 1/k1 = R1Cwc 1/k2 = R2Cwc

Filtro activo pasa banda.

El filtro Pasa Banda tiene la siguiente curva de respuesta de frecuencia. Dejará pasar todas las tensiones de la señal de entrada que tengan frecuencias entre la frecuencia de corte inferior f1 y la de corte superior f2. Las tensiones fuera de este rango de frecuencias serán atenuadas y serán menores al 70.7 % de la tensión de entrada. La frecuencia central de este tipo de filtro se obtiene con la siguiente fórmula:

fo = 1 / [ 2πC x (R3R)1/2]

Curva de respuesta de un filtro pasa banda.

Si se seleccionan los capacitores y resistores de modo que: C1 = C2 = C y R1 = R2 = R

El ancho de banda será: BW = f2 - f1 = 1.41 R / [ CR3 (R3R)1/2 ]

El factor de calidad Q = fo / BW.

Las líneas discontinuas verticales sobre f1 y f2 y la línea horizontal del 70.7% representan la respuesta de un filtro pasa banda ideal.

Nota: F1 y f2 (frecuencias de corte) son puntos en la curva de transferencia en que salida ha caído 3 dB (decibeles) desde su valor máximo.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS FILTROS ACTIVOS

En comparación con los pasivos, los filtros activos poseen una serie de ventajas:

a. Permiten eliminar las inductancias que, en bajas frecuencias, son voluminosas, pesadas y caras.

b. Facilitan el diseño de filtros complejos mediante la asociación de etapas simples.

c. Proporcionan una gran

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