Filtros electrónicos pasivos y activos: tipos, fórmulas y frecuencias de corte

Filtros Pasivos

El filtro pasivo es un filtro electrónico formado únicamente por componentes pasivos, es decir, resistencias (R), condensadores (C) y bobinas (L).

Los filtros procesan señales eléctricas en función de sus frecuencias, modificando tanto la amplitud como la fase de la señal.

Filtro Paso Bajo Pasivo

Un filtro paso bajo permite el paso de las frecuencias más bajas y atenúa las frecuencias más altas. La frecuencia a la cual la atenuación alcanza un punto específico (generalmente -3dB) se conoce como frecuencia de corte (F_c).

Fórmulas:

• Configuración RC: F_c = 1 / (2πRC)
• Configuración LR: F_c = R / (2πL)

Filtro Paso Alto Pasivo

Un filtro paso alto atenúa los componentes de baja frecuencia y permite el paso de las componentes de alta frecuencia, a partir de su frecuencia de corte (F_c).

Fórmulas:

• Configuración RC: F_c = 1 / (2πRC)
• Configuración LR: F_c = R / (2πL)

Filtro Paso Banda Pasivo

Un filtro paso banda permite el paso de un rango determinado de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte inferior (F_c1) y una frecuencia de corte superior (F_c2), atenuando las frecuencias fuera de este rango.

Fórmulas:

• Frecuencia de corte inferior (F_c1) = 1 / (2πR₁C₁)
• Frecuencia de corte superior (F_c2) = 1 / (2πR₂C₂)
• Ancho de banda (BW) = F_c2 - F_c1

Filtro Elimina Banda Pasivo (o Rechaza Banda)

Un filtro elimina banda, también conocido como filtro rechaza banda o notch filter, atenúa significativamente un rango específico de frecuencias, permitiendo el paso de las frecuencias que están por fuera de este rango.

Fórmulas (según el original, interpretación puede variar):

• Frecuencia característica 1 (F_cs o F_c1) = 1 / (2πR₁C₁)
• Frecuencia característica 2 (F_c2) = 1 / (2πR₂C₂)
• Nota: La fórmula de ganancia G = R₂ / R₁ proporcionada en el texto original es atípica para filtros pasivos, los cuales por definición no amplifican señales (su ganancia es ≤ 1 o 0 dB). Esta fórmula podría referirse a un contexto muy específico no detallado o a una etapa activa posterior no descrita.

Filtros Activos

Un filtro activo es un filtro electrónico analógico que se distingue por el uso de uno o más componentes activos (que proporcionan amplificación de energía), como transistores o amplificadores operacionales (Op-Amps). Esto los diferencia de los filtros pasivos, que solo utilizan componentes pasivos.

Frecuencia de corte (F_c): Es la frecuencia en la que la ganancia del filtro cae a -3 dB (aproximadamente el 70.7%) respecto a la ganancia máxima en la banda de paso. En los filtros paso banda y elimina banda, existen dos frecuencias de corte: una inferior y otra superior.

Filtro Activo Paso Bajo

Este filtro permite el paso de frecuencias inferiores a su frecuencia de corte (F_c), atenuando significativamente las frecuencias superiores.

Configuraciones Comunes:

1. Configuración Inversora (Salida Desfasada 180°)

• Frecuencia de corte (F_c) = 1 / (2πR₂C)
• Ganancia en la banda de paso (|G|) = R₂ / R₁
• Nota: En este circuito, la salida está desfasada 180° con respecto a la entrada. La ganancia real es -R₂/R₁.

2. Configuración No Inversora (Salida en Fase)

• Frecuencia de corte (F_c) = 1 / (2πR₁C)
• Ganancia en la banda de paso (G) = 1 + (R₃ / R₄)
• Nota: En este circuito, la salida no está desfasada con respecto a la entrada.

Filtro Activo Paso Alto

Este filtro permite el paso de frecuencias superiores a su frecuencia de corte (F_c), atenuando significativamente las frecuencias inferiores.

Configuraciones Comunes:

1. Configuración Inversora (Salida Desfasada 180°)

• Frecuencia de corte (F_c) = 1 / (2πR₁C)
• Ganancia de Voltaje en la banda de paso (|G_V|) = R₂ / R₁
• Nota: En este circuito, la salida está desfasada 180° con respecto a la entrada. La ganancia real es -R₂/R₁.

2. Configuración No Inversora (Salida en Fase)

• Frecuencia de corte (F_c) = 1 / (2πR₁C)
• Ganancia de Voltaje en la banda de paso (G_V) = 1 + (R₃ / R₄)
• Nota: En este circuito, la salida no está desfasada con respecto a la entrada.

Filtro Activo Paso Banda

Este filtro permite el paso de un determinado rango de frecuencias, generalmente centrado alrededor de una frecuencia central (f_o), y atenúa las frecuencias fuera de este rango.

Fórmulas Generales (pueden variar según topología):

• Frecuencia de corte inferior (F_c1) = 1 / (2πR₁C₁)
• Frecuencia de corte superior (F_c2) = 1 / (2πR₂C₂)
• Ganancia de Voltaje (G_V) = R₂ / R₁
• Nota: La fórmula de ganancia G_V = R₂ / R₁ es una simplificación y puede depender de la topología específica del filtro (ej. Sallen-Key, MFB) o referirse a una etapa particular. El diseño de filtros paso banda activos a menudo implica considerar el factor de calidad (Q).

Filtro Activo Rechaza Banda (o Elimina Banda)

El filtro rechaza banda, también conocido como filtro elimina banda o notch filter, atenúa fuertemente las señales cuyas frecuencias se encuentran dentro de un rango específico (la "muesca"), delimitado por frecuencias de corte o centrado en una frecuencia de rechazo, permitiendo el paso de las demás.

Fórmulas Generales (pueden variar según topología):

• Frecuencia característica 1 (F_c1) = 1 / (2πR₁C₁)
• Frecuencia característica 2 (F_c2) = 1 / (2πR₄C₄)
• Ganancia de Voltaje (G_V): La ganancia en la banda de paso y la profundidad de la muesca dependen de la topología específica. La indicación "SUMA DE LA GANANCIA DE LOS OPERACIONALES" del texto original es genérica y sugiere una configuración multi-etapa o una interpretación específica no detallada.