Tipos de Filtros en Electricidad y Electrónica: Características y Ejemplos

Filtro paso bajo

Aquel que introduce muy poca atenuación a las frecuencias menores que la frecuencia de corte. Las frecuencias superiores a la frecuencia de corte son atenuadas fuertemente.

Filtro paso alto

Atenúa levemente las frecuencias que son mayores que la frecuencia de corte e introduce mucha atenuación a las frecuencias menores que la de corte.

Filtro pasa banda

En este filtro existen dos frecuencias de corte, una inferior y otra superior. Atenúa fuertemente las señales cuya frecuencia sea menor que la frecuencia de corte inferior o aquellas de frecuencia superior a la frecuencia de corte superior. Solo permiten el paso de un rango o banda de frecuencias sin atenuar.

Filtro elimina banda

Elimina en su salida todas las señales que tengan una frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte inferior y otra de corte superior. Estos filtros eliminan una banda completa de frecuencias de las introducidas en su entrada.

Orden del filtro

Filtro de primer orden:

Aquel cuya atenuación fuera de la banda de paso aumenta 6 dB/octava (o 20 dB/década).

Filtro de segundo orden:

Aquel cuya atenuación aumenta 12 dB/octava (o 40 dB/década) fuera de la banda de paso.

Filtro de orden n:

La atenuación aumenta en (6n) dB/octava (o 20·n dB/década) fuera de la banda de paso. Al aumentar el orden del filtro, la respuesta del filtro se aproxima más a la respuesta ideal.

Ejemplo de diseño de un filtro paso bajo

Pasobajo (RyC, RyL): R = 1/2 * π * fc * C

→ fc = 1/2 * π * R * C; EJEMPLO: Queremos diseñar un filtro paso bajo de primer orden con condensador, que tenga una fc = 2 kHz. Se conectará a una resistencia de carga de 10 kΩ y con una resistencia interna de 600 Ω. Empecemos por el condensador, imponiendo que su reactancia sea 10 veces (al menos) más pequeña que la carga a fc. 10 kΩ/10 = 1 kΩ.

C = 1/2 * π * fc * Xc → 2 * π * 2000 * 1000 = 80 nF.

Zg + R = 1/2 * π * fc * C = 2 * π * 2000 * 100 * 10^-9 = 796 Ω. Para encontrar R: R = 796 – 600 = 196 Ω.

Ejemplo de diseño de un filtro paso alto

Paso alto (CyR, RyL): La frecuencia de corte se define como aquella para la que el valor óhmico de la resistencia coincide con el valor óhmico de la reactancia: R = L * 2 * π * f → fc = R / 2 * π * L.

EJEMPLO: Queremos diseñar un filtro pasa alto de primer orden con bobina, que tenga una fc = 20 kHz. Su salida se conectará a una resistencia de carga de 25 kΩ y su entrada a una fuente de señal con una resistencia interna de 50 Ω. Empecemos por la bobina, imponiendo que su reactancia sea al menos 10 veces más pequeña que la carga a fc: XL < Zc/10 = 25 kΩ/10 = 2,5 kΩ = 2500 Ω.

L = XL / 2 * π * fc = 2500 / 2 * π * 20000 = 20 mH.

Zg + R = 2500 → R = 2500 - Zg = 2450 Ω.

Ejemplo de diseño de un filtro pasa banda

Pasa banda: puede conseguir un filtro pasa banda conectando en cascada un filtro paso alto y detrás otro paso bajo: 2 frecuencias de corte: La inferior determinada por el filtro pasa alto, La superior determinada por el filtro pasa bajo.

EJEMPLO: Diseña un filtro pasa banda que presente una fci = 1 kHz y una fcs = 10 kHz. La fuente a la que se conectará el filtro tiene una resistencia interna de 50 Ω y la resistencia de carga es de 47 kΩ. Empecemos por la salida del filtro: Xc2 debe ser al menos 10 veces inferior a la carga a fcs: XC2 < Zc/10 = 47 kΩ/10 = 4,7 kΩ → C2 = 1/2 * π * fcs * Xc2 = 3,3 nF.

Para el filtro paso alto, el valor de R1 debe ser 10 veces inferior al de R2 (junto a C2 actúa de carga para R1): R1 = 470 Ω. El mismo valor debe alcanzar Xc1 a la fci: C1 = 1/2 * π * fci * XC1 = 330 nF.

Ejemplo de diseño de un filtro elimina banda

En el filtro pasa banda, combinamos dos filtros en serie. Para el filtro elimina banda lo haremos en paralelo. Para frecuencias muy altas, las reactancias capacitivas serán pequeñas y: La corriente pasará fundamentalmente por la rama de C1. R1 superará a Xc2, el filtro se comporta como un paso alto. A frecuencias bajas, las Xc superarán a las resistencias: La corriente pasará fundamentalmente por R2. La tensión de salida se deberá sobre todo a C2, el filtro se comporta como un paso bajo.