Ventajas de los filtros activos frente a los pasivos

Presentación del tema: "Ventajas de los filtros activos frente a los pasivos"— Transcripción de la presentación:

1 Ventajas de los filtros activos frente a los pasivos
T3.- Filtros Activos Comparación entre filtros analógicos activos y pasivos Filtros pasivos: L, C y R Filtros activos: A.O., C y R Ventajas de los filtros activos frente a los pasivos 1- NO tienen pérdidas de inserción 2- Aislamiento entre etapas (control Z entrada y salida) - Diseño independiente Z carga - Diseño multietapa sencillo 3- Filtros complejos sin L (menos ideales y caras) 4- Diseño rápido de filtros económicos y estables para amplia variedad aplicaciones Desventajas de los filtros activos frente a los pasivos 1- Requieren VCC (puede usar la del circuito) 2- Limitación en frecuencia por los A.O. 3- Niveles pequeños potencia (no aptos para altavoces, filtro red,…)

2 Tipos de filtros según su función de transferencia
Pasa - Alta Pasa - Baja Pasa - Banda Rechaza - Banda

3 Orden de los filtros H(s) Vi(s) VO(s) Orden N Pendiente 20N dB/dec

4 Clase de los filtros analógicos
Aproximaciones: Determinan la forma de la banda de paso y de transición 1- Butterworth Respuesta moderada en fase y amplitud Caída más rápida de filtros monotónicos Oscilaciones moderadas en pulsos Butterworth 2- Bessel Filtro monotónico (respuesta suave en la banda de paso) Respuesta de fase lineal Pocas oscilaciones en pulsos Bessel 3- Chebyshev Caída inicial muy rápida Pobre respuesta de fase Grandes oscilaciones en pulsos NO monotónico: rizado en banda de paso Chebyshev 1 dB Chebyshev 2 dB Chebyshev 3 dB 4- Elíptico o de Cauer Caída inicial ultra rápida Rizado en banda suprimida Se usan en conversión A/D

5 Clase de los filtros analógicos
Filtros de Chebyshev Mayor rizado Mayor caída inicial 3dB 1dB Orden 3 Orden 6

6 Filtro activo Pasa - Bajos de 1er orden

7 Filtro activo Pasa - Altos de 1er orden

8 Función de transferencia de filtro pasa-baja de 2do orden
Filtro Pasa - Baja 2º orden Bessel Butterworth Chevyshev 1 dB Chevyshev 2 dB Chevyshev 3 dB Tipo alfa kO Bessel Butterworth Chebyshev 1dB Chebyshev 2dB Chebyshev 3dB Frecuencia crítica

9 Función de transferencia de filtro pasa-altos de 2do orden
Filtro Pasa - Altos 2º orden Tipo alfa kO Bessel Butterworth Chebyshev 1dB Chebyshev 2dB Chebyshev 3dB Bessel Butterworth Chevyshev 1 dB Chevyshev 2 dB Chevysh3ev 1 dB Frecuencia crítica

10 Filtro 3º orden Filtro 4º orden
Tablas de los valores de alfa y ko de cada una de las aproximaciones, en dependencia del orden del filtro Filtro 3º orden Sección de segundo orden Tipo alfa kO Bessel Butterworth Chebyshev 1dB Chebyshev 2dB Chebyshev 3dB Sección de primer orden Tipo kO Bessel Butterworth 1 Chebyshev 1dB 0.452 Chebyshev 2dB 0.322 Chebyshev 3dB 0.299 Filtro 4º orden Sección de segundo orden Tipo alfa kO Bessel Butterworth Chebyshev 1dB Chebyshev 2dB Chebyshev 3dB Sección de segundo orden Tipo alfa kO Bessel Butterworth Chebyshev 1dB Chebyshev 2dB Chebyshev 3dB

11 Filtro 5º orden Filtro 6º orden 2º orden Tipo alfa kO alfa kO 1º orden
Bessel Butterworth Chebyshev 1dB Chebyshev 2dB Chebyshev 3dB alfa kO 1º orden kO 1.557 1 0.280 0.223 0.178 Filtro 6º orden 2º orden Tipo alfa kO Bessel Butterworth Chebyshev 1dB Chebyshev 2dB Chebyshev 3dB alfa kO

12 Filtro Pasa - Bajos Sallen-Key (2do orden, Ganancia Unidad)
a y kO datos de tabla de Butterworth 1- Se escoge los valores de kO (wO = kO wC) y a según la tabla 2- Se escoge un valor de C1 3- El resto de componentes

13 Ejemplo: Filtro paso bajo Butterworth 2º orden con fC = 1 kHz y ganancia 1
wO = 2 p 103 a = 1.414 Fijamos C1 = 1 nF Muy alta C1 = 100 nF R = 2.25 kW C2 = 50 nF

14 Filtro Pasa - Altos Sallen-Key (2do orden, Ganancia Unidad)
a y kO datos de tabla de Butterworth 1- Se escoge los valores de kO (wO = wC/kO ) y a según la tabla 2- Se escoge un valor de C 3- El resto de componentes

15 Ejemplo: Filtro paso altos Bessel 2º orden con fC = 5 kHz y ganancia 1
wO = wC / kO = a = 1.732 kO = 1.274 Fijamos C = 10 nF

16 Filtro Pasa - Bajos Sallen-Key (2do orden, componentes de igual valor)
Rf = R4 Ri = R3, R1 = R2 C = C1,

17 más selectivo (menor BW)
Filtros Pasa - Banda En filtros Pasa - Baja y Pasa - Alta los parámetros clave son: Factor amortiguación: alfa Frecuencia de corte: fC En filtros Pasa - Banda los parámetros clave son: Frecuencia central: fr Ancho de banda: BW Factor de calidad: Q Q alta Mayor ganancia y más selectivo (menor BW)

18 Filtros Pasa - Banda Filtro Pasa - Baja en cascada con Pasa - Alta
En función de Q: Q < 0.5: Pasa - Baja en cascada con Pasa - Alta 0.5 < Q < 10: Realimentación - Múltiple Q > 10: Filtro de variables de estado Filtro Pasa - Baja en cascada con Pasa - Alta Polos reales Q < 0.5 2 filtros 1º orden

19 Filtros Pasa - Banda

20 Filtro Pasa - Banda de Realimentación - Múltiple (RAUCH)
R1 C: Pasa - Baja ( Integrador ) R2 C: Pasa - Alta ( Derivador ) 1- Se escoge los valores de wO (wO = wr) y Q (Q= wO /BW) 2- Se escoge un valor de C 3- El resto de componentes

21 Características del A.O. para el filtro Pasa - Banda
Q alta Hmax alta Ganancia A.O. en bucle abierto a fO >> Hmax fT = frecuencia de ganancia unidad del A.O. G BW = cte fT >> fO Hmax fT = 10 fO Hmax fT = 20 fO Q2 Ejemplo: fO = 2kHz, Q = 10 fT = 10 2kHz 100 = 4 MHz Los A.O. tienen fT < 4 MHz PROBLEMA SOLUCIÓN 1- A.O. de alta frecuencia ( más caro ) 2- Atenuar la señal de entrada con divisor de tensión

22 Diseño de filtro Pasa - Banda con filtro de Realimentación - Múltiple
Ejemplo: Diseñar un filtro que permita el paso de las frecuencias comprendidas entre 800 y 1200 Hz. 1) Cálculo de BW, wO y Q 3) Implementación con Hmax = -12 2) Cálculo de fT del A.O.

23 Diseño de filtro Pasa - Banda con filtro de Realimentación - Múltiple
| Hmax | = 12 = 20dB