11.11: Filtros controlados por voltaje (Tema extendido)

Un filtro controlado por voltaje, o VCF, no es más que un filtro estándar cuya frecuencia de sintonización está controlada por una tensión externa. Podría pensar en este concepto como una extensión de los aspectos de control de reloj del filtro de condensador conmutado. Los VCF se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluidos dispositivos de instrumentación como analizadores de frecuencia de barrido y sintetizadores de música. Cualquier aplicación que requiera un control preciso o rápido de la frecuencia de sintonización requiere un VCF. Prácticamente cualquiera de los filtros presentados en este capítulo puede convertirse en VCF. Todo lo que necesitas hacer es sustituir los elementos de sintonización del filtro por una versión controlada por voltaje. Por lo general, esto significa reemplazar las resistencias de sintonización por resistencias controladas por voltaje.

Figura\(\PageIndex{1}\): Una fotorresistencia/lámpara utilizada como resistencia variable.

Dos formas posibles de crear una resistencia controlada por voltaje incluyen la combinación fotorresistor/lámpara (Figura\(\PageIndex{1}\)), y el uso de un FET en su región óhmica (Figura\(\PageIndex{2}\)). Para usar estos elementos, simplemente retire las resistencias de sintonización y reemplácelas con una resistencia controlada por voltaje. Como ejemplo, en la Figura se muestra un simple VCF de paso alto unipolar\(\PageIndex{3}\). A medida que aumenta el voltaje de control (\(V_c\)), el brillo de la lámpara aumenta haciendo que el valor de la fotorresistencia baje. Debido a que la fotorresistencia establece la frecuencia de sintonización, el resultado neto es un aumento en\(f_c\). La versión FET produce una resistencia que es proporcional a la magnitud de la tensión de puerta (\(V_c\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): Usando un JFET en la región óhmica.

Estas dos soluciones no están exentas de sus problemas. En el caso de la lámpara/fotorresistencia, el tiempo de respuesta no es muy rápido, y la porción de lámpara requiere una corriente de accionamiento bastante grande. El circuito FET elimina estos problemas, pero requiere que el voltaje a través del mismo permanezca bastante bajo (generalmente menos de 100 mV). Los cambios de señal más grandes sacarán al FET de la región óhmica y la distorsión aumentará drásticamente. Además, la popular variedad de canales N requiere un potencial de puerta negativo, que generalmente no se prefiere. En ambos casos, queda un problema más: es difícil crear un amplio rango de control lineal.

Figura\(\PageIndex{3}\): Conexión de resistencia variable para VCF.

Otra forma de crear el efecto de un elemento de sintonización variable de voltaje es mediante el uso de un amplificador de transconductancia operacional, o OTA (ver Capítulo Seis). Recuerde, este dispositivo es esencialmente un convertidor de voltaje a corriente. Su corriente de salida es una función de su corriente de control. (La corriente de control se deriva fácilmente de un voltaje de control y una resistencia). Este dispositivo es ideal para entradas de tipo “inversión”, donde se usa una resistencia de entrada como convertidor de voltaje a corriente. Un posible ejemplo se muestra en la Figura\(\PageIndex{4}\), un VCF de variable de estado. Las secciones en caja muestran dónde una OTA ha reemplazado a una sola resistencia estándar. En este circuito, una gran tensión de control crea una gran corriente de control, aumentando así la transconductancia. Esto simula un valor de resistencia de sintonización más pequeño, y así crea una frecuencia de sintonización más alta. El enfoque OTA demuestra ser confiable, repetible y generalmente de bajo costo. También ofrece un rango de afinación lineal bastante amplio.

Figura\(\PageIndex{4}\): Uso de OTAs como elemento controlado en un VCF.