Filtros activos: clasificación, Butterworth, Chebyshev y Bessel

Resumen

El documento introduce los filtros como redes selectivas en frecuencia y explica sus bandas de paso, rechazo y transición. Clasifica los filtros en pasivos y activos y describe las respuestas Butterworth, Chebyshev y Bessel, comparando sus ventajas e inconvenientes. Incluye también los tipos de filtro según su respuesta: pasa-bajo, pasa-alto, pasa-banda, rechaza-banda y pasa-todo.

Puntos clave

Un filtro es una red selectiva en frecuencia que deja pasar unas frecuencias y atenúa otras.
Los filtros pasivos solo contienen elementos RLC; los activos incluyen fuentes controladas como transistores o amplificadores operacionales.
El filtro Butterworth tiene respuesta de amplitud maximalmente plana, sin oscilaciones en la banda de paso.
El filtro Chebyshev ofrece un corte más abrupto cerca de fc a costa de una ondulación en la banda de paso.
El filtro Bessel proporciona un retardo constante con la frecuencia, es decir, fase lineal, lo que evita distorsión de la señal.
Según su respuesta, los filtros pueden ser pasa-bajo, pasa-alto, pasa-banda, rechaza-banda o pasa-todo.

Ponte a prueba

Introducción a los Filtros Activos

Un filtro es una red selectiva en frecuencia que permite el paso de ciertas frecuencias (f) mientras elimina o atenúa otras.

Conceptos Fundamentales

Frecuencias pasantes (Banda de paso): Rango de frecuencias en el eje X, desde 0 hasta la frecuencia de corte (fc).
Frecuencias eliminadas (Banda de rechazo): Rango de frecuencias desde la banda de transición hasta el infinito.
Zona intermedia (Banda de transición): Define la rapidez con la que el filtro pasa de la ganancia a la atenuación.

Clasificación de los Filtros

Pasivos: No poseen fuentes controladas; contienen únicamente elementos RLC.
Activos: Poseen fuentes controladas como transistores o amplificadores operacionales.

Funciones de Transferencia y Tipos de Filtros

Filtro Butterworth

Presenta una respuesta plana de amplitud (sin oscilaciones) en todo el ancho de banda. Se denomina "maximalmente plano".

Filtro Chebyshev

En las proximidades de la frecuencia de corte (fc), presenta un corte más abrupto. La banda pasante exhibe un ripple (ondulación) de amplitud constante. Para una pendiente dada, la atenuación por encima de la frecuencia de corte es mayor cuanto mayor sea la ondulación permitida.

Filtro Bessel (Filtro Pasa-Todo)

Produce un retraso temporal (T) de la señal al pasar por la red. Este retardo depende de la frecuencia. Si cada componente armónica de una señal cuadrada de entrada tiene un retardo diferente, la señal aparecerá distorsionada a la salida. La solución consiste en hacer que el retardo sea constante respecto a la frecuencia.

Dado que la relación entre el retardo y la fase está dada por la expresión: T = dθ / df, un retardo constante implica una fase lineal con la frecuencia.

Comparativa de Filtros

Tipo	Ventaja	Desventaja
Butterworth	Respuesta en frecuencia "maximalmente plana"	Descenso suave en las proximidades de fc
Chebyshev	Corte abrupto cerca de fc	Ondulación en la banda de paso
Bessel	Fase lineal con la frecuencia	Corte más suave que Butterworth

Tipos de Filtros según su Respuesta

Pasa-bajo: Permite el paso de frecuencias bajas.
Pasa-alto: Permite el paso de frecuencias altas.
Pasa-banda: Permite el paso de una banda específica de frecuencias.
Rechaza-banda: Bloquea una banda específica de frecuencias.
Pasa-todo: Deja pasar todas las frecuencias.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre un filtro pasivo y uno activo?

Los filtros pasivos contienen únicamente elementos RLC, mientras que los activos incluyen fuentes controladas como transistores o amplificadores operacionales.

¿Qué caracteriza al filtro Butterworth?

Presenta una respuesta plana de amplitud en todo el ancho de banda, sin oscilaciones, por lo que se denomina maximalmente plano. Su descenso cerca de la frecuencia de corte es suave.

¿Por qué se usa el filtro Bessel?

Porque produce un retardo constante respecto a la frecuencia, lo que implica fase lineal y evita que las componentes de una señal, como una cuadrada, se distorsionen a la salida.