Que Es Un Circuito De Filtro Paso Alto De Amplificador Óptico Activo

Los filtros de paso alto de los amplificadores operacionales son fáciles de implementar utilizando sólo unos pocos componentes electrónicos que se utilizan en una variedad de dispositivos y circuitos electrónicos para eliminar el zumbido y otros ruidos.

Aunque puede elegirse cualquier forma de respuesta de filtro, la respuesta Butterworth simplifica las ecuaciones y el proceso de diseño electrónico que produce los valores de los componentes electrónicos puede realizarse en muy poco tiempo.

A pesar de la facilidad de diseño, los filtros de paso alto de los amplificadores operacionales son capaces de proporcionar un alto nivel de rendimiento a partir de un número relativamente pequeño de componentes electrónicos, y esto los convierte en una propuesta muy atractiva para los circuitos de baja frecuencia.

Qué es un filtro de paso alto

Como su nombre indica, un filtro de paso alto es un filtro que pasa las frecuencias más altas y rechaza las de frecuencias más bajas.

La forma de la curva es importante. Una de las características más importantes es la frecuencia de corte. Normalmente se toma como el punto en el que la respuesta ha disminuido en 3dB.

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Otra característica importante es la pendiente final del roll off. Esto se rige generalmente por el número de "polos" del filtro. Normalmente hay un polo por cada condensador o inductor en un filtro.

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Cuando se traza en una escala logarítmica, el roll-off final se convierte en una línea recta, con la respuesta cayendo a la tasa de roll-off final. Esto es 6dB por polo dentro del filtro.

La ventaja de utilizar un circuito de amplificador óptico para el filtro de paso alto es que se puede hacer un circuito de múltiples polos utilizando sólo condensadores y resistencias, en lugar de los inductores que podrían necesitarse de otro modo.

Filtro de paso alto de un solo polo

El circuito de filtro pasa alto más sencillo que utiliza un amplificador operacional puede conseguirse colocando un condensador en serie con una de las resistencias del circuito del amplificador, como se muestra. La reactancia del condensador aumenta a medida que la frecuencia cae, y como resultado esto forma un filtro de paso bajo CR que proporciona un roll off de 6 dB por octava.

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La frecuencia de corte o el punto de ruptura del filtro se puede calcular muy fácilmente calculando la frecuencia en la que la reactancia del condensador es igual a la resistencia de la resistencia. Esto se puede conseguir utilizando la fórmula:

Donde:

• Xc es la reactancia capacitiva en ohmios
• Π es igual a 3,142
• f es la frecuencia en Hertz
• C es la capacitancia del condensador en Faradios

Filtro paso alto activo de dos polos

Aunque es posible diseñar una gran variedad de filtros con diferentes niveles de ganancia y diferentes patrones de roll off utilizando amplificadores operacionales, el filtro descrito en esta página dará una buena solución segura. Ofrece una ganancia unitaria y una respuesta Butterworth (la respuesta más plana en banda, pero no la más rápida para conseguir el roll off definitivo fuera de banda).

Los cálculos de los valores del circuito son muy sencillos para la respuesta Butterworth y el escenario de ganancia unitaria. Se requiere una amortiguación crítica para el circuito y la relación de los valores de las resistencias lo determina.

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Al elegir los valores, asegúrese de que los valores de las resistencias se encuentran en la región entre 10 kΩ y 100 kΩ. Esto es aconsejable porque la impedancia de salida del circuito aumenta con el incremento de la frecuencia y los valores fuera de esta región pueden afectar al rendimiento.

Componentes electrónicos para los filtros activos de paso alto

La elección de los componentes electrónicos utilizados en un filtro activo de paso alto es clave para el buen funcionamiento del circuito.

Es importante que el ancho de banda del filtro de paso alto sea correcto. Los cambios en los valores de los componentes electrónicos como resultado de su tolerancia pueden alterar el ancho de banda.

En algunos casos esto puede no ser crítico, pero en otros podría serlo. Durante el proceso de diseño del circuito electrónico, esto debe evaluarse y los valores y tipos de componentes electrónicos deben elegirse en consecuencia.

Hoy en día, las resistencias de película metálica están disponibles en formatos de dispositivos con plomo y de montaje superficial. Estas resistencias no sólo son de bajo ruido, sino que también pueden adquirirse en formas de tolerancia estrecha.

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Suelen estar disponibles en versiones del 1%, 2% u ocasionalmente del 5%. Como la diferencia de coste suele ser escasa, utilizar resistencias del 2% es una buena opción. También se pueden utilizar otros tipos de resistencias si están disponibles, pero hay que comprobar que la tolerancia es adecuada para el diseño del circuito electrónico en cuestión.

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En cuanto a los condensadores, los electrolíticos de aluminio no son una buena opción. No sólo están polarizados, sino que su tolerancia es muy pobre. Normalmente, los condensadores electrolíticos de aluminio tienen una tolerancia de -20% y +80%, por lo que no son nada precisos.

Los condensadores electrolíticos de tantalio tampoco son adecuados. Su tolerancia es mejor, pero generalmente no es tan buena como se necesita y además están polarizados.

Los condensadores cerámicos ofrecen un buen nivel de rendimiento y normalmente están disponibles en los rangos requeridos. También están disponibles como dispositivos con plomo y de montaje superficial. Dependiendo del dieléctrico cerámico real, existen condensadores de muy alta tolerancia, aunque también la tolerancia real necesaria dependerá de la aplicación.

Los condensadores de película plástica son otra buena opción, ya que muchos tipos ofrecen buenos niveles de tolerancia. Sin embargo, los condensadores de película sólo están disponibles como dispositivos con plomo y no como dispositivos de montaje en superficie.

Cuando se utiliza el filtro de paso alto activo del amplificador óptico, se pueden conseguir mayores niveles de atenuación y una mayor inclinación del rollo mediante la conexión en cascada de varios circuitos. El diseño también puede modificarse para acomodar diferentes formas de filtro, aunque los cálculos se vuelven más difíciles.