Filtro de paso bajo: LPF usando amplificador operacional y aplicaciones

Un filtro se puede definir como; es un tipo de circuito utilizado para remodelar, modificar y rechazar todas las frecuencias no deseadas de una señal. Un filtro RC ideal dividirá y pasará señales de entrada (sinusoidales) en función de la frecuencia. Normalmente, en aplicaciones de baja frecuencia (<100 kHz), los filtros pasivos se construyen utilizando componentes de resistencia y condensador. Por eso se le conoce como un filtro RC pasivo. De manera similar, para señales de alta frecuencia (>100 kHz), se pueden diseñar filtros pasivos con componentes de resistencia-inductor-condensador. Entonces estos circuitos se llaman pasivos. circuitos RLC. Estos filtros llevan el nombre del rango de frecuencia de la señal que pasan. En general, se utilizan tres modelos de filtros, como filtro de paso bajo, filtro de paso alto y filtro de paso de banda. Este artículo presenta una descripción general del filtro de paso bajo.


¿Qué es un filtro de paso bajo?

los definición de filtro de paso bajo o LPF es un tipo de filtro que se utiliza para pasar señales de baja frecuencia, así como para atenuar las frecuencias altas más que una frecuencia de corte preferida. los respuesta de frecuencia del filtro de paso bajo depende principalmente de la Diseño de filtro de paso bajo. Estos filtros vienen en muchas formas y dan el tipo de señal más suave. Los diseñadores utilizarán con frecuencia estos filtros como prototipo de filtro con impedancia y ancho de banda unitarios.

El filtro preferido se obtiene de la muestra equilibrando la impedancia y el ancho de banda preferidos, y cambia al tipo de banda preferido como paso bajo (LPF), paso alto (HPF), paso de banda (BPSF) o supresión de banda (BSF).

Filtro de paso bajo de primer orden

En la figura se muestra un LPF de primer orden. ¿Qué es este circuito? Un integrador sencillo. Tenga en cuenta que el integrador es el componente básico de los LPF.

Filtro de paso bajo de primer orden

presumir Z1 =1/𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi *𝑍1/𝑅1+𝑍1 = Vi (1/𝑗⍵𝐶1) / 𝑅1+(1 /𝑗⍵𝐶1)

= Vi 1/ 𝑗𝜔𝐶1𝑅1+1

= Vi 1/𝑠𝐶1𝑅1+1

aquí s = j⍵

función de transferencia de filtro de paso bajo es

𝑉1/𝑉𝑖 =1 / 𝑠𝐶1𝑅1+1

La salida disminuye (atenúa) inversamente a la frecuencia. Si la frecuencia se duplica, la salida es la mitad (-6 dB por cada frecuencia que se duplica, de lo contrario, 6 dB por octava). Este es un LPF de primer orden y el roll-off es de -6 dB por octava.

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Filtro de paso bajo de segundo orden

los filtro de paso bajo de segundo orden se muestra en la figura.

Filtro de paso bajo de segundo orden
Filtro de paso bajo de segundo orden

presumir Z1 = 1/𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi 𝑍1/𝑅1+𝑍1

Vi*(1/𝑗⍵𝐶1)/𝑅1+(1/𝑗⍵𝐶1)

Vi 1/ 𝑗𝜔𝐶1𝑅1+1

= Vi 1/𝑠𝐶1𝑅1+1

aquí s = j⍵

Función de transferencia de filtro de paso bajo

𝑉1/𝑉𝑖 =1 / 𝑠𝐶1𝑅1+1

presumir Z2 = 1/𝑗⍵𝐶1

V1 = Vi 𝑍2/𝑅2+𝑍2

Vi*(1/𝑗⍵𝐶2)/𝑅2+(1/𝑗⍵𝐶2)

Vi 1/ 𝑗𝜔𝐶2𝑅2+1

= Vi 1/𝑠𝐶2𝑅2+1

Vi (1 / 𝑠𝐶1𝑅1+1)* (1/ 𝑠𝐶2𝑅2+1)

= 1 /(𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2+𝑠(𝑅1𝐶1+𝑅2𝐶2)+1)

Por lo tanto, la función de transferencia es una ecuación de segundo orden.

𝑉𝑜/𝑉𝑖 = 1 /(𝑠2𝑅1𝑅2𝐶1𝐶2+𝑠(𝑅1𝐶1+𝑅2𝐶2)+1)

La salida disminuye (atenúa) inversamente al cuadrado de la frecuencia. Si la frecuencia se duplica, la salida es 1/4 (-12dB por cada duplicación de frecuencia o -12dB por octava). Este es un filtro de paso bajo de segundo orden y el rollo es de -12 dB por octava.

los diagrama de bode del filtro de paso bajo se muestra a continuación. En general, la respuesta de frecuencia de un filtro de paso bajo se muestra mediante un diagrama de Bode, y este filtro se distingue por su frecuencia de corte, así como por la tasa de atenuación de frecuencia.

Filtro de paso bajo usando un amplificador operacional

amplificadores operacionales o amplificadores operacionales proporcionar filtros de paso bajo muy eficientes sin utilizar inductores. El circuito de retroalimentación de un amplificador operacional se puede incorporar a los elementos básicos de un filtro, por lo que los LPF de alto rendimiento se forman fácilmente utilizando los componentes necesarios, excepto los inductores. los aplicaciones de amplificadores operacionales Los LPF se utilizan en varios campos, desde fuentes de alimentación hasta salidas de DAC (convertidores de digital a analógico) para eliminar señales de alias, así como otras aplicaciones.

Circuito LPF activo de primer orden usando un amplificador operacional

los plan unipolar o de primer orden filtro de paso bajo activo se muestra a continuación. El circuito de la filtro de paso bajo usando un amplificador operacional utiliza un condensador a través de la resistencia de realimentación. Este circuito tiene un efecto a medida que aumenta la frecuencia para mejorar el nivel de retroalimentación, luego cae la impedancia reactiva del capacitor.

Filtro de paso bajo de primer orden usando un amplificador operacional
Filtro de paso bajo de primer orden usando un amplificador operacional

El cálculo de este filtro se puede realizar trabajando sobre la frecuencia a la que la reactancia del condensador puede igualar la resistencia de la resistencia. Esto se puede obtener usando la siguiente fórmula.

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Xc = 1/ π f C

Donde ‘Xc’ es la reactancia capacitiva en ohmios

‘π’ es la letra estándar y su valor es 3.412

‘f’ es la frecuencia (Unidades-Hz)

‘C’ es la capacitancia (Unidades-Faradios)

La ganancia en banda de estos circuitos se puede calcular de forma sencilla eliminando el efecto del condensador.

Como estos tipos de circuitos son útiles para reducir la ganancia a altas frecuencias, también proporcionan una tasa de atenuación final de 6 dB para cada octava, lo que significa que el voltaje de salida se divide para cada repetición en frecuencia. Por lo tanto, este tipo de filtro se denomina filtro de paso bajo de primer orden o unipolar.

Circuito LPF activo de segundo orden usando un amplificador operacional

Mediante el uso de un amplificador operacional, es posible diseñar filtros en un amplio rango con niveles de ganancia diferentes, así como patrones de atenuación. Este filtro ofrece una respuesta de ancho de banda así como una ganancia unitaria.

Circuito LPF activo de segundo orden usando un amplificador operacional
Circuito LPF activo de segundo orden usando un amplificador operacional

Los cálculos de los valores del circuito son sencillos para la respuesta de Filtro de paso bajo Butterworth & ganancia unitaria. Se requiere una amortiguación significativa para estos circuitos y los valores de relación de condensador y resistencia concluyen esto.

R1 = R2

C1 = C2

f = 1 – √4 π R C2

Al seleccionar valores, asegúrese de que los valores de la resistencia caigan en la región entre 10 kiloohmios y 100 kiloohmios. Vale la pena porque la impedancia o/p del circuito aumenta con la frecuencia y los valores fuera de esta sección pueden cambiar el acto.

Calculadora de filtro de paso bajo

para un RC circuito de filtro de paso bajola calculadora de filtro de paso bajo calcula la frecuencia de cruce y traza la Gráfico de filtro de paso bajo que se conoce como diagrama de Bode.

Por ejemplo:

La función de transferencia del filtro de paso bajo se puede calcular utilizando la siguiente fórmula si conocemos los valores de resistencia y condensador en el circuito.

Vout(s) /Vin(s) + 1/CR/s + 1/CR

Calcule el valor de frecuencia para la resistencia dada junto con los valores de condensador

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ritmo cardiaco = 1/2π RC

forma de onda LPF
forma de onda LPF

Aplicaciones de filtro de paso bajo

Las aplicaciones del filtro de paso bajo son las siguientes.

  • Los filtros de paso bajo se utilizan en los sistemas telefónicos para convertir las frecuencias de audio del altavoz en una señal de banda de voz de banda limitada.
  • Los LPF se utilizan para filtrar la señal de alta frecuencia llamada «ruido» de un circuito, cuando la señal pasa a través de este filtro, la mayor parte de la señal de alta frecuencia se elimina y se puede producir un ruido evidente.
  • Filtro de paso bajo en el procesamiento de imágenes para mejorar la imagen
  • A veces, estos filtros se conocen como corte de agudos o corte alto debido a las aplicaciones de audio.
  • Un filtro de paso bajo se usa en un circuito RC conocido como Filtro de paso bajo RC.
  • LPF se utiliza como integrador como un circuito RC
  • En DSP multivelocidad, cuando se ejecuta un interpolador, el LPF se utiliza como filtro anti-imagen. Además, cuando se realiza un diezmador, este filtro se utiliza como filtro de suavizado.
  • Los filtros de paso bajo se utilizan en los receptores como superheterodinos para una respuesta eficiente de las señales de banda base.
  • El filtro de paso bajo se usa en señales de dispositivos médicos del cuerpo humano, mientras que las pruebas que usan electrodos son menos comunes. Por lo tanto, estas señales pueden fluir a través del LPF para suprimir algunos sonidos ambientales no deseados.
  • Estos filtros se utilizan en la conversión de amplitud del ciclo de trabajo, así como en la detección de fase en el bucle de bloqueo de fase.
  • El LPF se usa en la radio AM para que el detector de diodos cambie la señal de frecuencia intermedia modulada AM en una señal de audio.

es por lo tanto un filtro de paso bajo. El diseño de un LPF basado en amplificador operacional es simple de diseñar, así como diseños más complicados que usan diferentes tipos de filtros. Para más aplicaciones, el LPF ofrece un rendimiento excepcional. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es la función principal del filtro de paso bajo?

Javired
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