Filtros

ABSTRACT. Los filtros son dispositivos electrónicos cuya principal función es la aceptación o el rechazo de cierto rango de señales. Este rango depende principalmente de ciertos valores, los cuales son: amplitud, frecuencia, fase y tiempo. Existen diferentes tipos de filtros siendo los principales: pasa-altas, pasa-bajas, pasa-bandas y rechaza-bandas. Estos filtros tienen una característica encomún, permiten el paso de un cierto rango de frecuencias y los demás rangos los rechazan. Es decir son activos en el dominio de la frecuencia y son en los que nos enfocaremos por ahora.
Filtros
Un filtro es un sistema que, dependiendo de las variaciones de las señales de entrada en el tiempo y amplitud, se realiza un procesamiento matemático sobre dicha señal (generalmente mediante el uso de laTransformada rápida de Fourier), obteniéndose en la salida el resultado del procesamiento matemático o la señal de salida. En este trabajo se desarrollará el tema de los filtros de frecuencia. Debido a la banda de paso y a la discriminación de ciertas bandas, pueden ser pasa-bajas, que atenúa frecuencias altas, pasa-altas, atenúa frecuencias bajas o pasa-banda rechaza un rango de frecuencias. Lafrecuencia de corte es el punto en el cual el filtro empieza a recortar frecuencias, es decir la frecuencia que pasa a través del dispositivo (esto tiene diferentes implicaciones dependiendo el tipo de filtro), aquellos valores fuera de la banda de paso, tienen una caída en su amplitud. Este valor puede ser determinado a través de los distintos componentes del circuito que conforman los filtros,éstos pueden ser: inductores, resistencias o capacitores.
En cuanto a la clasificación de los filtros de acuerdo a sus componentes constitutivos se encuentran:
Filtro pasivo: Conformado por elementos pasivos tales como resistencias, bobinas y capacitores.
Filtro activo: Conformado por elementos tanto pasivos como activos (transistores, amplificadores operacionales, etc.) Que pueden presentar unaganancia diferente para las distintas frecuencias en la señal de entrada. La principal diferencia entre ambos radica en que en el filtro activo la separación de señales ocurre al mismo tiempo que se amplifica la frecuencia, con la ayuda de un amplificador operacional. Un filtro pasivo simplemente se dedica a la separación de frecuencias sin otorgar una ganancia a la salida.
Los filtros sonutilizados ampliamente en aplicaciones electrónicas, ya que es necesaria la atenuación de cierta parte de una señal para poder procesarla mejor. Generalmente el filtrado se realiza para disminuir el ruido presente en todas las señales. Se usa también, para atenuar o amplificar algunas frecuencias, por ejemplo se puede implementar a un sistema para controlar los tonos graves y agudos del audio delestéreo del auto.
Otra aplicación común es en los convertidores analógico-digitales (ADC) y digital-analógico (DAC), ya que un pasa-bajas sirve para disminuir ruido en la entrada de los ADC, así como suavizar los pequeños saltos en la salida del DAC.
En general el proceso de filtrado es de suma importancia, porque son utilizados con frecuencia en los sistemas electrónicos; ya que estos tienen comofunción manipular y modificar el espectro de frecuencia de la señal de entrada para obtener en la salida la función que se requiera aplicar a los diferentes sistemas.
Análisis de Fourier
Actualmente, para calcular los fasores, amplitud y fase de las corrientes y voltajes alternos, se aplica el filtrado convencional de Fourier a dichas señales. Esta técnica de filtrado utiliza los filtros coseno yseno para obtener las proyecciones ortogonales del fasor (vector utilizado para representar una onda). Sus respuestas se forman restringiendo mediante una ventana rectangular las funciones seno y coseno. Se llaman filtros porque deben eliminar toda señal ajena a la frecuencia fundamental (60 Hz).
Series de Fourier
Mediante las series de Fourier podemos verificar el funcionamiento de un filtro...