Fundamentos y clasificación de filtros electrónicos: tipos, parámetros y comparación

Un filtro es un circuito electrónico que atenúa determinadas componentes de frecuencia de la señal de entrada y no introduce ninguna nueva.

Clasificación de Filtros Según su Función

• Filtros de radiocomunicación: Seleccionan una banda de frecuencias eliminando aquellas que están fuera.
• Filtros de Modulación y Demodulación: Ocupan el medio de transmisión únicamente con la frecuencia de la portadora.
• Aplicaciones Adicionales:
  • Análisis de Espectros
  • Mejora de la relación señal-ruido
  • Multiplicadores de frecuencia

Clasificación General

Según la Tecnología y Rango de Utilización

Todos los filtros tienen circuitos resonantes sensibles a una determinada frecuencia. Dependiendo de la tecnología utilizada, su aplicación está restringida a un rango de frecuencias.

Filtros Eléctricos

Filtros Pasivos

• Constantes concentradas:
  • L, C
  • Electro-mecánicos
  • Piezoeléctricos
• Constantes distribuidas:
  • Líneas coaxiales
  • Guías de onda
  • Cavidades

Filtros Activos

• LC
• RC
• Capacidades conmutadas

Parámetros que Definen la Respuesta en Frecuencia

La caracterización de un filtro se basa en los siguientes parámetros:

• Banda pasante (pass band): Rango de frecuencias con atenuación menor que $A_{max}$.
  • Máxima atenuación en la banda pasante ($A_{max}$).
  • Frecuencia de corte ($f_c$ o cutoff frequency).
  • Tipo de ganancia (plana, ondulaciones, etc.).
• Tiempo de propagación: Caracteriza el desfase entre la señal de entrada y la señal de salida. En filtros reales, el desfase varía para distintas frecuencias.
• Ancho de Banda: Para filtros Paso Banda, es el rango de frecuencias entre $f_{cL}$ y $f_{cH}$, expresado en forma relativa. $f_o$ se denomina frecuencia central (media geométrica de las frecuencias de corte).
• Banda de rechazo (stop band): Rango de frecuencias con atenuaciones mayores que $A_{min}$.
  • Atenuación mínima de la banda de rechazo ($A_{min}$).
  • Frecuencia de rechazo ($f_s$ o stop frequency).
• Banda de transición (transition band): Rango de frecuencias con atenuaciones comprendidas entre $A_{max}$ y $A_{min}$.
• Selectividad del filtro ($k$): Es siempre menor que 1.

Comparación entre Filtros Activos y Pasivos

Filtros Pasivos

• Utilizan resistencias, capacidades e inductancias.
• Rango de frecuencias: desde pocos Hz a cientos de MHz.
• Ventajas:
  • No necesitan alimentación.
  • No suministran ganancia.
• Inconvenientes:
  • Baja frecuencia: caros y voluminosos por las inductancias.
  • Alta frecuencia: efectos parásitos.

Filtros Activos

• Utilizan resistencias, capacidades y elementos activos.
• Rango de aplicaciones:
  • Baja frecuencia y audio.
  • Cientos de kHz (por coste y volumen).
• Ventajas:
  • Reducido volumen, peso y coste.
  • Facilidad de ajuste.
• Inconvenientes:
  • Necesitan alimentación.
  • Inestabilidad.