Diversas clasificaciones de los filtros

Introducción:

Definimos un filtro como cualquier dispositivo que modifica de un modo determinado una señal que pasa a través de él. Algunos autores reservan la denominación de filtros para los dispositivos selectores de frecuencia, es decir, aquellos que “dejan pasar” las señales presentes en ciertas bandas de frecuencia y “bloquean” las señales de otras bandas.

Hay diversas clasificaciones de los filtros. Cuando la señal es una magnitud eléctrica (corriente o tensión), es un filtro eléctrico. Existen también filtros mecánicos, filtros acústicos, filtros ópticos, etc.

Otra clasificación es en filtros lineales y filtros no lineales según que su comportamiento pueda o no modelarse matemáticamente con ecuaciones lineales. Un ejemplo de filtro no lineal es un comparador de tensión. Otro, un rectificador.

Otra clasificación es en filtros analógicos y filtros digitales. Los filtros analógicos son aquéllos en los cuales la señal puede tomar cualquier valor dentro de un intervalo, y los digitales corresponden al caso en que la señal toma sólo valores discretos. También pueden clasificarse en filtros continuos y filtros discretos o muestreados, según que la señal se considere en todo instante o en instantes discretos. Dado que los filtros digitales en la práctica son siempre muestreados, el nombre “filtro digital” se refiere habitualmente a filtros discretos digitales. Sin embargo, existen filtros discretos no digitales, como los filtros de capacidades conmutadas.

Finalmente, los filtros también pueden clasificarse en filtros activos o filtros pasivos según empleen o no fuentes controladas (elementos activos, tales como amplificadores y sus derivados). Los filtros eléctricos pasivos se implementan en general con inductores y capacitores. Dado que los inductores son elementos, voluminosos, pesados y costosos, el empleo de filtros pasivos es poco conveniente excepto en frecuencias bastante altas. Los inductores pueden eliminarse mediante el uso de amplificadores y técnicas de realimentación

En este proyecto realizaremos la construcción de 6 filtros, donde nuestro interés particular es orientado a un filtro pasa bajas. Trabajaremos con 3 tipos como son: bessel, tchevysheff, butterworth, cada uno en sus 2 configuraciones Multi-FeedBack y Sallen-Key donde debemos tener en cuenta ciertas etapas para el diseño de un filtro.

El diseño de un filtro puede dividirse en cinco etapas:

a) Planteo: descripción informal del problema

b) Especificación: reformulación del problema en términos de una serie de pará-metros cuantitativos característicos.

c) Aproximación: obtención de una función de atenuación que satisfaga los parámetros especificados.

d) Síntesis: obtención de un circuito que realice la función obtenida en la etapa de aproximación.

e) Verificación: Confirmación del cumplimiento de las especificaciones funcionales y otras condiciones de proyecto (costo, tamaño, consumo, etc.)

Planteo

El planteo es normalmente verbal y expresa lo que se quiere obtener más que la clase de dispositivo que lo hará posible. Así, puede ocurrir que algunos problemas que a primera vista parecerían resolverse por medio de un filtro terminen resolviéndose de otra manera más simple. Por ejemplo, si el problema consistiera en “medir la amplitud del primer armónico de una onda cuadrada”, aunque en primera instancia se podría usar un filtro para rescatar el primer armónico para luego medirlo, resulta más directo medir la amplitud de la onda cuadrada y amplificarla con una ganancia 4/π. Será la experiencia del diseñador lo que lo orientará en la mejor estrategia para dar solución al problema

Especificación

Una vez decidido que el problema se resolverá con un filtro, se trata de traducir las especificaciones informales a la terminología estándar utilizada en el diseño de filtros que permita, entre otras cosas, aprovechar la información y otros recursos disponibles (por ejemplo software de diseño o análisis). El resultado de este proceso es una plantilla que debe ser satisfecha por el filtro a proyectar.

Aproximación

Una vez determinada la plantilla es necesario proponer una función de transferencia (o de atenuación) que satisfaga la plantilla y que sea realizable circuitalmente. Existen diversas familias de funciones matemáticas capaces de resolver el problema. La selección se basa en las propiedades de cada familia. Por ejemplo, algunas permiten diseños muy económicos pero tienen respuestas temporales (transitorias) poco convenientes. Otras tienen un retardo de grupo casi constante en la banda de paso pero requieren muchos componentes para satisfacer las condiciones. Asimismo, dentro de cada familia hay infinitas funciones que cumplen con la plantilla y habrá que optar por la que conduce al circuito más simple

Síntesis

En esta etapa se selecciona una de las numerosas estructuras de circuito con las que es posible implementar la función de aproximación obtenida anteriormente y se determinan los correspondientes parámetros circuitales. La selección puede estar orientada por la mayor o menor complejidad, la mayor o menor sensibilidad con respecto a variaciones o derivas de los componentes, la mayor o menor facilidad de ajuste, etc

Verificación

Una

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