¿Qué es un filtro analógico? – Diferentes tipos de filtros analógicos

Un filtro puede definirse con referencia a varios campos como la química, la óptica, la ingeniería, la modelización de la turbulencia, la ingeniería, la informática, la filosofía y el procesamiento de señales. Consideremos los filtros de procesamiento de señales, el filtro puede definirse como un dispositivo utilizado para eliminar la parte o partes innecesarias de la señal. Esta eliminación de partes innecesarias de la señal se denomina proceso de filtrado. Estos filtros de procesamiento de señales se clasifican en varios tipos, como filtros electrónicos, filtros digitales y filtros analógicos.


Filtros analógicos

El filtro analógico se utiliza normalmente en electrónica y se considera un elemento básico del procesamiento de señales. Estos filtros analógicos se utilizan para separar las señales de audio antes de aplicarlas a los altavoces. Separar y combinar varias conversaciones telefónicas en un solo canal puede hacerse mediante filtros analógicos. Seleccionar una emisora de radio concreta del receptor de radio rechazando todos los demás canales puede hacerse utilizando filtros analógicos.

Las señales que varían de forma continua (señales analógicas) pueden funcionar mediante filtros analógicos electrónicos lineales pasivos que están compuestos por elementos pasivos como resistencias, condensadores e inductores. Estos filtros analógicos se utilizan frecuentemente para permitir determinados componentes de frecuencia rechazando otros de las señales analógicas o de tiempo continuo.

Tipos de filtros analógicos

Los filtros analógicos lineales pueden clasificarse como filtros de síntesis de red, filtros de impedancia de imagen y filtros simples. Los filtros de síntesis de red se clasifican de nuevo como filtro de Butterworth, filtro de Chebyshev, filtro elíptico o filtro de Cauer, filtro de Bessel, filtro gaussiano, filtro óptimo «L» (Legendre) y filtro de Linkwithz-Riley. Los filtros de impedancia de imagen se clasifican además como filtro k constante, filtro derivado de m, filtros de imagen general, red de Zobel, filtro de celosía, ecualizador de retardo T puenteado, filtro de imagen compuesto y filtro de tipo mm’. El filtro RC, el filtro RL, el filtro LC y el filtro RLC se denominan filtros simples.

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Diseño de filtros analógicos

El diseño de filtros analógicos incluye las funciones de transferencia de los filtros analógicos, los polos y ceros de los filtros analógicos, la respuesta en frecuencia de los filtros analógicos, la respuesta de salida y los distintos tipos de filtros analógicos. Los métodos de diseño de filtros analógicos se clasifican en modelos de filtro Butterworth, Chebyshev y Elíptico basados en la función de transferencia de orden ‘n’.

Filtro de Butterworth

Diseño de filtros Butterworth

El filtro Butterworth o de máxima magnitud plana tiene una respuesta en frecuencia plana (matemáticamente lo más posible). La «pared de ladrillos» del filtro analógico de paso bajo (Butterworth), que puede definirse como aproximaciones estándar para varios órdenes de filtro, se muestra en la siguiente figura (incluyendo la respuesta en frecuencia ideal).

Respuesta en frecuencia ideal del filtro de Butterworth
Respuesta de frecuencia ideal del filtro Butterworth

Si aumentamos el orden del filtro Butterworth, también aumentan las etapas en cascada del diseño del filtro Butterworth. Así, como se muestra en la figura anterior, la respuesta del filtro y de la pared de ladrillos se aproxima. Generalmente, los filtros analógicos lineales se realizan utilizando varias topologías, el filtro Butterworth puede realizarse utilizando la topología Cauer o la topología Sallen-clave.

Filtro de Chebyshev

Los filtros de Chebyshev deben su nombre a Pafnufy Chebyshev, que derivó los cálculos matemáticos de los filtros de Chebyshev. El error entre la característica del filtro idealizado y el filtro real puede reducirse utilizando la propiedad del filtro de Chebyshev.

Filtro de Chebyshev
Filtro de Chebyshev

Estos filtros de Chebyshev se clasifican a su vez en filtros de Chebyshev de tipo1 y de tipo2. Los filtros de tipo1 son del tipo básico y la ganancia o respuesta de amplitud es una función de frecuencia angular del enésimo orden del filtro analógico de paso bajo (LPF -si consideramos los filtros analógicos-). El filtro Chebyshev de tipo2 es un tipo poco común y es un filtro inverso.

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Tipos de filtro de Chebyshev
Tipos de filtro de Chebyshev

Filtros analógicos simples

Filtro RC

Circuito de filtro RC
Circuito de filtro RC

Los circuitos eléctricos simples de resistencia-condensador accionados por una fuente de corriente o de tensión actúan como filtros analógicos. Estos circuitos de filtro RC se utilizan para filtrar una señal de forma que bloqueen determinadas frecuencias y permitan el paso de otras. El circuito de filtro RC puede conectarse como circuito RC en serie o circuito RC en paralelo, como se muestra en la figura anterior.

Filtro LC

Circuito de filtro LC
Circuito de filtro LC

El simple circuito eléctrico inductor-capacitor actúa como un filtro LC que también se denomina circuito sintonizado o circuito resonante o circuito tanque. Este circuito LC también se comporta como un resonador eléctrico. Los circuitos LC se utilizan para generar señales o para captar señales a una frecuencia determinada. El filtro LC puede conectarse como circuito LC en serie o circuito LC en paralelo, como se muestra en la figura anterior.

Filtro RL

Circuito de filtro RL
Circuito de filtro RL

El circuito eléctrico simple de resistencia-inductor actúa como un circuito de filtro RL que se acciona mediante una fuente de corriente o de tensión y está formado por la resistencia y el inductor. El filtro RL puede conectarse como circuito RL en serie o circuito RL en paralelo, como se muestra en la figura anterior.

Filtro RLC

Circuito de filtro RLC
Circuito de filtro RLC

El simple circuito eléctrico resistencia-inductor-condensador actúa como un circuito de filtro RLC, la resistencia, el condensador y el inductor pueden conectarse en serie o en paralelo para formar un filtro RLC en serie o un filtro RLC en paralelo. Este circuito de filtro RLC forma un oscilador armónico de corriente y resuena como un circuito LC. Pero aquí las oscilaciones pueden decaer introduciendo una resistencia y este efecto se denomina amortiguación.

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