El filtro de paso de banda Permite que las señales se suministren entre dos frecuencias particulares, aunque separa estas señales en otras frecuencias. Estos tipos de filtros de paso de banda están disponibles en varios tipos; parte del diseño del filtro de paso de banda se realiza con alimentación externa y componentes activos como; transistores y circuitos integrados, que se denominan BPF activos. Asimismo, algunos filtros utilizan cualquier fuente de alimentación y componentes pasivos, como inductores y condensadores, llamados BPF pasivos. Estos filtros son aplicables en transmisores y receptores inalámbricos.
Un BPF en un transmisor se utiliza para limitar el ancho de banda de la señal de salida al nivel mínimo requerido y transmitir datos a la velocidad y forma ideales. Asimismo, este filtro en un receptor permite decodificar las señales dentro de un nivel de frecuencia favorecido, manteniendo alejadas las señales en frecuencias innecesarias. La relación S/N de un receptor se optimiza mediante un filtro de paso de banda. Este artículo proporciona información breve sobre una filtro de paso de banda activo .
¿Qué es un filtro de paso de banda activo?
Un tipo de filtro de paso de banda que utiliza componentes activos como un amplificador operacional , junto con resistencias y condensadores para formar el filtro, se conoce como filtro de paso de banda activo. Estos filtros de paso de banda amplifican la señal de entrada además de filtrar, aunque necesitan una fuente de alimentación externa.
Este filtro de paso de banda está diseñado conectando en cascada un HPF, un amplificador y un LPF como se muestra en la siguiente figura. El circuito amplificador entre HPF y LPF proporciona aislamiento y ganancia de voltaje general. Los valores de frecuencia de corte de ambos filtros deben mantenerse con la mínima variación. Si esta variación es extremadamente pequeña, entonces existe la posibilidad de interacción entre las etapas de paso bajo y paso alto. Por tanto, se requiere un circuito amplificador. tener los niveles correctos de estas frecuencias de corte.
Principio de funcionamiento del filtro de paso de banda activo
El filtro de paso de banda activo funciona atenuando las frecuencias por encima o por debajo de un rango de frecuencias (es decir, la banda de paso o el ancho de banda del filtro). Cualquier señal con una frecuencia en ese rango de paso de banda pasa simplemente a través del filtro. Cualquier frecuencia que esté fuera del paso de banda se reduce o atenúa.
Diseño de filtro de paso de banda activo
El circuito de filtro de paso de banda activo se muestra a continuación. Este circuito se puede diseñar conectando en cascada filtros pasivos individuales de paso bajo y paso alto. Proporciona un filtro de tipo 'factor de calidad' bajo que contiene una banda de paso amplia. La etapa principal del filtro de paso de banda activo es la etapa de paso alto que utiliza el capacitor para bloquear cualquier polarización de CC de la fuente principal.
Este diseño de circuito tiene la ventaja de generar una respuesta de frecuencia de banda de paso asimétrica bastante plana a través de una única mitad que representa la respuesta de paso bajo, mientras que la mitad restante significa una respuesta de paso alto.
El punto de esquina superior 'ƒH' y el punto de corte de frecuencia de esquina inferior 'ƒL' se calculan igual que antes en los circuitos LPF y HPF normales de primer orden.
Es necesaria una separación razonable entre los dos puntos de corte para evitar cualquier interacción entre las etapas LPF y HPF. El amplificador ayuda a proporcionar aislamiento entre las dos etapas del filtro para describir la ganancia de voltaje general del circuito del filtro. Por lo tanto, el ancho de banda del filtro es la disparidad entre los puntos de -3 dB superiores e inferiores. La respuesta de frecuencia normalizada y el cambio de fase de un BPF activo serán los siguientes.
Respuesta frecuente
Cuando el circuito de filtro sintonizado pasivo anterior funciona como un BPF, el ancho de banda puede ser bastante amplio. Esto puede ser un problema si deseamos separar frecuencias con una banda pequeña. El filtro de paso de banda activo también se puede diseñar con un amplificador operacional inversor.
Por lo tanto, al reorganizar las posiciones de las resistencias y condensadores en el filtro, podemos generar un circuito de filtro mucho mejor. El punto de corte inferior -3dB se especifica mediante 'ƒC1' para un BPF activo, mientras que el punto de corte superior -3dB se especifica mediante 'ƒC2'.
El filtro anterior tiene dos frecuencias centrales HPF y LPF. El filtro de paso alto La frecuencia central debe ser menor en comparación con la frecuencia central del LPF.
La frecuencia central de BPF es la media geométrica de las frecuencias de corte superior e inferior como; fr2 = fH x fL.
La ganancia del BPF activo es 20 log (Vout/Vin) dB/Decade.
La respuesta de amplitud está relacionada con las respuestas LPF y HPF. La curva de respuesta depende principalmente del orden del filtro en cascada.
factor q
El ancho total de la banda de paso real entre los puntos de esquina superior e inferior de -3 dB del filtro de paso de banda activo decide el factor Q del circuito. El valor del factor Q es menor que el ancho de banda del filtro es mayor. Como resultado, el factor Q es mayor y el filtro es más estrecho.
A veces, el factor Q del filtro de paso de banda activo se denota con el símbolo griego 'α' y se denomina frecuencia de pico alfa.
α = 1/Q
Como la 'Q' de un BPF activo se relaciona con la 'nitidez' de la respuesta del filtro alrededor de su 'ƒr' (frecuencia de resonancia central), también puede conocerse como factor de amortiguación (o) coeficiente de amortiguación porque el filtro tiene Más amortiguación entonces el filtro tiene una respuesta más plana. El filtro tiene menos amortiguación y la respuesta del filtro es más nítida.
La relación de amortiguación se indica con el símbolo griego 'ξ'
ξ = a/2
El factor de calidad de un filtro de paso de banda activo es la relación entre ƒr (frecuencia resonante) y BW (ancho de banda) entre las frecuencias más altas y más bajas de -3 dB.
Tipos de filtros de paso de banda activos
Hay dos tipos de filtros de paso de banda activos; filtro de paso de banda ancha y filtro de paso de banda estrecha que se analizan a continuación.
Filtro de paso de banda ancha
Si el valor del factor de calidad (Q) es inferior a diez, la banda de paso es amplia y entonces nos proporciona un ancho de banda mayor. Entonces este BPF se conoce como filtro de paso de banda ancha. En un filtro de paso de banda ancha, la frecuencia de corte alta debe ser mayor en comparación con la frecuencia de corte más baja.
Primero, la señal pasa a través del HPF, la señal de salida de este filtro tenderá al infinito y se entrega al LPF al final. Este LPF pasará bajo la señal de frecuencia más alta.
Siempre que el HPF se conecte en cascada a través de LPF, se puede obtener el BPF simple. Para entender este filtro, el orden de los circuitos LPF y HPF debe ser similar.
La conexión en cascada de un LPF y un HPF de primer orden nos proporciona el BPF de segundo orden. Al conectar en cascada dos LPF de primer orden con dos HPF, se forma un BPF de cuarto orden.
Debido a esta conexión en cascada, el circuito da un valor de factor de baja calidad. El condensador dentro del HPF de primer orden bloquea cualquier polarización de CC de la señal i/p.
En ambas bandas eliminadas, la caída de ganancia es de ± 20 dB por década en el caso del filtro de segundo orden. El LPF y el HPF deben estar únicamente en primer orden.
Del mismo modo, siempre que los dos filtros estén en el segundo orden, la caída de ganancia en ambas bandas de parada es de aproximadamente ± 40 dB/década.
Expresión:
La expresión para la ganancia de voltaje del filtro de paso de banda viene dada por:
Vsal/Vin = Amax * (f/fL) / √(1+(f/fL)² (1+(f/fH)²
Se logra mediante las ganancias individuales de LPF y HPF, por lo que las ganancias de ambos filtros se dan como;
Ganancia de voltaje para HPF
Vsal/Vin = Amax1 * (f/fL) / √[1+(f/fL)²]
Ganancia de voltaje para LPF
Vsal / Vin = Amax2 /√[1+(f/fH)²]
Amáx = Amáx1 * Amáx2
Donde 'Amax1' es la ganancia de la etapa HPF y 'Amax2; es la ganancia de la etapa LPF.
La respuesta del filtro de banda ancha se muestra a continuación.
Filtro de paso de banda estrecha
Si el valor del factor de calidad es superior a diez, la banda de paso será estrecha y el ancho de banda de la banda de paso también será menor. Por eso, este filtro se conoce como filtro de paso de banda estrecha.
Este filtro sólo utiliza un componente activo como el amplificador operacional en lugar de dos. El amplificador operacional utilizado en este circuito está en una configuración inversora. La ganancia del amplificador operacional en este filtro es máxima en la frecuencia central 'fc'.
El circuito del filtro de paso de banda estrecho se muestra a continuación. La entrada se proporciona al terminal de entrada inversora del amplificador operacional, entonces el amplificador operacional se conoce como configuración inversora. Este circuito BPF estrecho proporciona una respuesta BPF estrecha.
La ganancia de voltaje de este circuito de filtro es AV = – R2 / R1
Las frecuencias de corte de este circuito de filtro son;
fC1 = 1 / (2π*R1*C1)
fC2 = 1 / (2π*R2*C2)
Ventajas y desventajas
El ventajas de un filtro de paso de banda activo Incluya lo siguiente.
- Este filtro ayuda a enviar o transmitir una señal de rango de frecuencia preferido, por lo que ayuda a ahorrar energía.
- Este filtro de paso de banda ayuda a filtrar señales entre dos rangos de frecuencia.
Las desventajas de los filtros de paso de banda activos incluyen las siguientes.
- Un filtro de paso de banda activo permite que solo pase un rango preferido de frecuencias.
- Pueden ser demasiado restrictivos, especialmente cuando se utilizan con un ancho de banda estrecho. Esto da como resultado una pérdida significativa de contenido de frecuencia para que el sonido se sienta hueco o delgado.
- Estos filtros son caros.
- Estos filtros tienen un complejo sistema de control.
- Tienen un rango de frecuencia limitado.
Aplicaciones
Las aplicaciones de los filtros de paso de banda activos incluyen las siguientes.
- El filtro de paso de banda activo se utiliza en muchas aplicaciones ópticas como; Comunicaciones satelitales, telecomunicaciones y transferencia de datos en modulación de luz.
- Estos filtros se utilizan en equipos de audio para aislar frecuencias que se encuentran en el rango audible de 20 Hz a 20 kHz.
- Active BPF se utiliza en sistemas de comunicación inalámbrica para filtrar señales y ruidos no deseados y mejorar la excelencia de la comunicación.
- Estos filtros se utilizan en la sintonización y el bloqueo del modo de alta velocidad de los láseres de anillo EDF.
- Este tipo de BPF se utiliza para nivelar el espectro o/p de fuentes súper fluorescentes EDF.
- Este filtro se utiliza en el transmisor y receptor de señal en un sistema de comunicación inalámbrica.
- Se utilizan en los sistemas de audio actuales como el sistema estéreo, los sistemas de altavoces distribuidos, el Dolby Music System, etc.
- Este tipo de filtro se utiliza para el control de frecuencia en circuitos de ecualizador de audio, LÁSER, LIDAR Y sistemas de comunicación SONAR.
- Se utiliza en dispositivos médicos como ECG y en neurociencia para recopilar y analizar datos.
¿Dónde se utiliza el filtro de paso de banda activo?
El filtro de paso de banda activo se utiliza en el campo de las telecomunicaciones y también dentro del rango de frecuencia de audio de 0 kHz a 20 kHz para módems y procesamiento de voz. Se utilizan comúnmente en transmisores y receptores inalámbricos.
¿Cuál es la diferencia entre el filtro de paso de banda activo y pasivo?
Los filtros activos funcionan con una fuente de energía, mientras que los filtros pasivos no necesitan una fuente de energía. La salida del filtro pasivo cambia con la carga mientras que el filtro activo mantiene su rendimiento independientemente de la carga conectada.
¿Cuál es la función de transferencia de un filtro de paso de banda?
El comportamiento del filtro de paso de banda se puede describir matemáticamente con una función de transferencia. Esta es una función compleja que conecta las señales de entrada y salida del filtro. Entonces el T.F viene dado por H(ω) = Vout(ω) / Vin(ω).
¿Qué es una función de transferencia de filtro?
La función de transferencia del filtro es la transformada Z de su respuesta al impulso. Incluye ecuaciones cuadráticas completas tanto en el numerador como en el denominador. Proporciona la base para implementar características de realización de paso bajo, paso alto, muesca de frecuencia única y rechazo de banda.
Y(z) = H(z)X(z) =( h(1)+h(2)z−1+⋯+h(n+1)z−n)X(z).
Por lo tanto, esta es una descripción general de la actividad activa. filtro de paso de banda, circuito, trabajando , tipos y aplicaciones. Los filtros de paso de banda activos son componentes importantes dentro de los circuitos electrónicos para pasar un cierto rango de frecuencias selectivamente mientras atenúan otras. Estos filtros brindan varios beneficios, como alta precisión y ganancia. Los BPF activos se utilizan comúnmente en sistemas de comunicación así como aplicaciones basadas en procesamiento de señales donde se necesita estabilidad y alta precisión, como en los receptores de radio. Se utilizan en una variedad de aplicaciones, audio, ingeniería biomédica y comunicaciones por radio. Aquí tienes una pregunta: ¿qué es un filtro de paso de banda pasivo?
