¿Qué es un filtro paso banda? Diagrama del circuito, tipos y aplicaciones

En procesamiento de señaleslos filtros son un tipo de dispositivos que se utilizan para permitir los componentes de frecuencia requeridos, así como para eliminar los componentes de frecuencia no deseados. El filtrado puede definirse como: el ruido de fondo de la señal de interconexión puede disminuirse eliminando algunas frecuencias. El circuito del filtro puede utilizarse para unir las LPF y HPF en un único filtro que se denomina filtro de paso de banda. Existen diferentes tipos de filtros, como los analógicos/digitales, activos/pasivos, lineales/no lineales, variables/ invariantes en el tiempo. En este artículo se presenta una visión general del filtro de paso de banda con aplicaciones


¿Qué es un filtro de paso de banda?

El la definición del filtro paso banda es un circuito que permite que las señales fluyan entre dos frecuencias determinadas, aunque divide estas señales en otras frecuencias. Estos filtros están disponibles en diferentes tipos; algunos de los BPF-diseño de filtros paso banda puede hacerse con una potencia externa, así como con componentes activos como circuitos integrados, transistores, que se denominan filtro pasabanda activo. Asimismo, algunos filtros utilizan cualquier tipo de fuente de alimentación y componentes pasivos como condensadores e inductores, que se denominan filtro pasabanda pasivo.

Estos filtros son aplicables tanto en transmisores como en receptores inalámbricos. En un transmisor, se puede utilizar un BPF para limitar el ancho de banda de la señal de salida hacia el nivel mínimo necesario y transmitir los datos a la velocidad y forma preferidas. Del mismo modo, en un receptor, este filtro permite descodificar las señales en un rango de frecuencias favorecido, mientras que mantiene alejadas las señales en frecuencias innecesarias. La relación señal/ruido (S/N) de un receptor puede optimizarse mediante un BPF.

Circuito de filtro paso banda

El mejor ejemplo de un circuito de filtro paso banda es el circuito RLC que se muestra a continuación. Este filtro también puede diseñarse uniendo un LPF y un HPF. En el BPF, el paso de banda ilustra un tipo de filtro o procedimiento de filtrado. Hay que diferenciarlo de la banda pasante que se refiere a la sección real del espectro influenciado. Un filtro de paso de banda idílico no tiene ganancia ni atenuación, por lo que es un paso de banda totalmente nivelado. Eso atenuará totalmente cada una de las frecuencias exteriores a la banda pasante.

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Circuito de filtro paso banda

En la práctica, el filtro de paso de banda no es ideal y no atenúa totalmente todas las frecuencias fuera de la elección de frecuencia preferida. En particular, hay una sección justo fuera de la banda de paso propuesta en la que las frecuencias se atenúan, pero no se descartan, lo que se denomina roll-off del filtro, y normalmente se especifica en dB de atenuación por cada octava o década de frecuencia. En general, el diseño del filtro busca construir el roll-off tan fino como sea posible, dejando así que el filtro haga el diseño propuesto. A menudo, esto se consigue a costa de la ondulación de la banda de paso o de la banda de parada.

El filtro puede definirse como la disimilitud entre la frecuencia superior y la inferior. El factor de forma es la fracción de los anchos de banda calculados con dos valores de atenuación disímiles para determinar la frecuencia de corte, Por ejemplo, un factor de forma de 2:1 a 20/2 dB significa que el ancho de banda calculado entre las frecuencias a 20 dB de atenuación es el doble del calculado entre las frecuencias a 2 dB de atenuación. Los BPF ópticos se utilizan habitualmente en fotografía y en trabajos de iluminación en el teatro. Este tipo de filtros adoptan el contorno de una película de color claro o de una lámina.

Diferentes tipos de filtros de paso de banda

La clasificación del filtro de paso de banda puede hacerse en dos tipos, como el filtro de paso de banda ancho y el filtro paso banda estrecho.

Filtro de paso de banda ancha

Un WBF o filtro paso banda ancho (WBF) puede formarse dejando caer segmentos de paso bajo y de paso alto, que normalmente es un circuito diferente destinado a un diseño y una actuación sencillos.

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Filtro de paso de banda ancha
Filtro de paso de banda ancha

Se reconoce con una serie de circuitos prácticos. Se puede formar un filtro de paso de banda con ± 20 dB/década utilizando las dos secciones como un paso bajo de primer orden, así como las secciones de paso alto. Del mismo modo, se puede formar un filtro paso banda con ± 40 dB/década conectando dos filtros de segundo orden en serie, es decir, un filtro paso bajo y un filtro paso alto (HPF). Esto significa que el orden del filtro paso banda (BPF) se rige por el orden de los filtros paso bajo y paso alto. El gráfico del filtro paso banda se muestra a continuación.

Respuesta en frecuencia del BPF
Respuesta en frecuencia del BPF

Un filtro paso banda con ± 20 dB/década puede estar compuesto por un filtro de 1er orden HPF (filtro de paso alto). Un filtro de 1er orden LPF (filtro paso bajo) se muestra en la siguiente figura mediante su respuesta en frecuencia.

Filtro paso banda estrecho

Por lo general, un filtro de paso de banda estrecho utiliza varias retroalimentaciones. Este filtro paso banda con un op-amp como se muestra en el siguiente esquema del circuito. Las principales características de este filtro son principalmente las siguientes

Filtro de paso de banda estrecho
Filtro de paso de banda estrecha

Otro nombre de este filtro es filtro de realimentación múltiple porque incluye dos vías de realimentación

Un op-amp se utiliza en modo inversor

El respuesta en frecuencia de este filtro se muestra en la siguiente figura.

Respuesta en frecuencia del NBPF
Respuesta en frecuencia de la NBPF

Normalmente, el diseño de este filtro puede hacerse para valores exactos de la frecuencia central (fc) y el ancho de banda o de la frecuencia central y el ancho de banda. Los componentes de este circuito pueden determinarse mediante las siguientes relaciones. Cada uno de los C1 y C2 condensadores pueden llevarse a C para simplificar el cálculo del diseño.

R1 = Q/2∏ fc CAf
R2 =Q/2∏ fc C(2Q2-Af)
R3 = Q /∏ fc C

A partir de las ecuaciones anteriores, a media frecuencia Af denota la ganancia, por lo que Af = R3 / 2R1

Pero, el Af debe satisfacer esta afirmación Af<2Q2

La fc (frecuencia central) de los filtros de realimentación múltiple puede modificarse hacia una nueva frecuencia fc sin cambiar el ancho de banda ni la ganancia. Esto puede conseguirse simplemente modificando R2 por R2′ de forma que

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R2′ = R2 * (fc/fc)2

Calculadora de filtros paso banda

El siguiente circuito es el de un filtro pasabanda pasivo. Utilizando este circuito podemos calcular el filtro pasabanda pasivo. La fórmula del filtro pasivo calculadora de filtro paso banda se muestra a continuación.

Calculadora de filtro pasabanda pasivo
Calculadora de filtros pasabanda pasivos

Para una frecuencia de corte baja = 1/2∏R2C2

Para una frecuencia de corte alta = 1/2∏R1C1

Del mismo modo, podemos calcular para el BPF de op-amp activo inversor, y el BPF de op-amp activo no inversor.

Aplicaciones del filtro paso banda

Las aplicaciones de los filtros paso banda son las siguientes

  • Estos filtros son ampliamente aplicables a los transmisores y receptores inalámbricos.
  • Este filtro puede utilizarse para optimizar la relación S/N (señal/ruido) y la compasión de un receptor.
  • El objetivo principal del filtro en el transmisor es limitar el ancho de banda de la señal de salida a la banda seleccionada para la comunicación.
  • Los BPF también se utilizan ampliamente en la óptica, como LIDARS, láseres, etc.
  • La mejor aplicación de este filtro es el procesamiento de la señal de audio, donde se necesita un rango específico de frecuencias de sonido, pero eliminando el resto.
  • Estos filtros son aplicables en sonares, instrumentos, medicina y Sismología aplicaciones
  • Estos filtros implican sistemas de comunicación para elegir una señal concreta entre una variedad de señales.

Por tanto, se trata de teoría de los filtros pasa-banda que incluye, el diagrama del circuito con el funcionamiento, los tipos de filtros paso banda y sus aplicaciones. De la información anterior, finalmente podemos concluir que los otros campos de aplicación de estos filtros incluyen en la astronomía, estos filtros permiten sólo una sección de la gama de luz en un dispositivo. Estos filtros pueden ayudar a encontrar dónde se reclinan las estrellas en la serie mayor, a reconocer desplazamientos al rojo, etc. He aquí una pregunta para ti, ¿qué es un filtro pasabanda activo?

Javired
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