9.1: ¿Qué es un Filtro?

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A veces es deseable tener circuitos capaces de filtrar selectivamente una frecuencia o rango de frecuencias de una mezcla de diferentes frecuencias en un circuito. Un circuito diseñado para realizar esta selección de frecuencia se denomina circuito de filtro, o simplemente filtro. Una necesidad común de circuitos de filtro es en sistemas estéreo de alto rendimiento, donde ciertos rangos de frecuencias de audio necesitan amplificarse o suprimirse para obtener la mejor calidad de sonido y eficiencia energética. Puede estar familiarizado con ecualizadores, que permiten ajustar las amplitudes de varios rangos de frecuencia para adaptarse al gusto del oyente y las propiedades acústicas del área de escucha. También puede estar familiarizado con las redes de cruce, que bloquean ciertos rangos de frecuencias para que no lleguen a los altavoces. Un tweeter (altavoz de alta frecuencia) es ineficiente para reproducir señales de baja frecuencia como ritmos de batería, por lo que se conecta un circuito de cruce entre el tweeter y los terminales de salida del estéreo para bloquear las señales de baja frecuencia, solo pasando señales de alta frecuencia a los terminales de conexión del altavoz. Esto da una mejor eficiencia del sistema de audio y por lo tanto un mejor rendimiento. Tanto los ecualizadores como las redes de cruce son ejemplos de filtros, diseñados para lograr el filtrado de ciertas frecuencias.

Otra aplicación práctica de los circuitos de filtro es en el “acondicionamiento” de formas de onda de voltaje no sinusoidales en circuitos de potencia. Algunos dispositivos electrónicos son sensibles a la presencia de armónicos en el voltaje de la fuente de alimentación, por lo que requieren acondicionamiento de energía para un funcionamiento adecuado. Si un voltaje de onda sinusoidal distorsionada se comporta como una serie de formas de onda armónicas agregadas a la frecuencia fundamental, entonces debería ser posible construir un circuito de filtro que solo permita el paso de la frecuencia de forma de onda fundamental, bloqueando todos los armónicos (de mayor frecuencia).

Estaremos estudiando el diseño de varios circuitos de filtro elementales en esta lección. Para reducir la carga de matemáticas en el lector, haré un uso extensivo de SPICE como herramienta de análisis, mostrando gráficas Bode (amplitud versus frecuencia) para los diversos tipos de filtros. Sin embargo, hay que tener en cuenta que estos circuitos pueden ser analizados en varios puntos de frecuencia mediante análisis repetidos serie-paralelo, al igual que el ejemplo anterior con dos fuentes (60 y 90 Hz), si el estudiante está dispuesto a invertir mucho tiempo trabajando y reelaborando cálculos de circuitos para cada frecuencia.

Revisar

Un filtro es un circuito de CA que separa algunas frecuencias de otras dentro de señales de frecuencia mixta.
Los ecualizadores de audio y las redes de cruce son dos aplicaciones bien conocidas de los circuitos de filtro.
Una gráfica de Bode es una gráfica que traza la amplitud o fase de la forma de onda en un eje y la frecuencia en el otro.