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Filtro electrónico

Filtros electrónicos sea circuitos electrónicos cuáles se realizan proceso de señal las funciones, previstas específicamente para quitar componentes indeseados de la señal y/o para realzarlos desearon unos. Los filtros electrónicos pueden ser:

Los tipos mas comunes de filtros electrónicos son filtros lineares, sin importar otros aspectos de su diseño. Vea el artículo sobre los filtros lineares para los detalles en su diseño y análisis.

Contenido

Historia

Las más viejas formas de filtros electrónicos son filtros lineares análogos pasivos, el usar construido solamente resistores y condensadores o resistores y inductores. Éstos se conocen como RC y RL solos poste filtros respectivamente. Filtros de varios polos más complejos del LC también han existido por muchos años y la operación de tales filtros se entiende bien con muchos libros que son escritos sobre ellos.

Los filtros híbridos también se han hecho, implicando típicamente combinaciones de amplificadores análogos con los resonadores mecánicos o retrasan líneas. Otros dispositivos por ejemplo CCD retrasa líneas también se han utilizado como filtros del tiempo discreto. Con la disponibilidad de la señal numérica procesando, los filtros digitales activos han llegado a ser comunes.

Clasificación por tecnología

Filtros pasivos

Las puestas en práctica pasivas de filtros lineares se basan en combinaciones de resistores (r), inductores (l) y condensadores (c). Estos tipos se conocen colectivamente como filtros pasivos, porque no dependen de una fuente de alimentación externo.

Los inductores bloquean señales de alta frecuencia y conducen señales de baja frecuencia, mientras que condensadores haga el revés. Un filtro en el cual la señal pasa con inductor, o en cuál proporciona una trayectoria a la tierra, presenta menos atenuación a las señales de baja frecuencia que señales de alta frecuencia y es a un condensador filtro low-pass. Si la señal pasa a través de un condensador, o tiene una trayectoria a moler a través de un inductor, después el filtro presenta menos atenuación a las señales de alta frecuencia que señales de baja frecuencia y es a filtro high-pass. Resistores en sus el propios no tenga ninguna característica frecuencia-selectiva, sino se agregan a los inductores y a los condensadores para determinar time-constants del circuito, y por lo tanto de las frecuencias a las cuales responde.

En mismo los de alta frecuencia (sobre cerca de 100 Megaciclos), los inductores consisten en a veces solos lazos o tiras del metal de hoja, y los condensadores consisten en tiras del metal adyacentes. Estos pedazos inductivos o capacitivos de metal se llaman trozos.

Los inductores y los condensadores son reactivo elementos del filtro. El número de elementos determina la orden del filtro. En este contexto, Circuito templado LC siendo utilizado en un band-pass o venda-pare el filtro se considera un solo elemento aun cuando que consiste en dos componentes.

Solos tipos del elemento

Los filtros pasivos más simples consisten en un solo elemento reactivo. Éstos se construyen de RC, RL, LC o RLC elementos.

La calidad o "Q“factor es una medida que se utiliza a veces para describir band-pass simple o venda-para los filtros. Un filtro se dice para tener un colmo Q si selecciona o rechaza una gama de frecuencias que sea estrecha con respecto a la frecuencia de centro. Q puede ser definido como el cociente de la frecuencia de centro dividido por la anchura de banda 3dB. No se emplea comúnmente con los filtros de una orden más alta donde están otros parámetros de más preocupación.

L filtro

Consiste en dos elementos, uno en serie y uno en paralelo.

Filtro de T

Tres filtros del elemento en una configuración de “T” se pueden construir para low-pass, high-pass, band-pass o venda-paran.

filtro del π

Tres filtros del elemento en una configuración del “π” se pueden construir para low-pass, high-pass, band-pass o venda-paran.

Tipos múltiples del elemento

Los filtros múltiples del elemento se construyen generalmente como a red de la escala. Éstos se pueden ver como continuación del L, de T y de los diseños del π de filtros. Más elementos son necesarios cuando se desea para mejorar un cierto parámetro del filtro tal como rechazamiento de la parar-venda o velocidad de la transición del pass-band a la parar-venda.

Filtros activos

Filtros activos se ponen en ejecución usando una combinación de componentes (que amplifican) pasivos y activos, y requieren una fuente de energía exterior. Amplificadores operacionales se utilizan con frecuencia en diseños activos del filtro. Éstos pueden tener colmo Q, y puede alcanzar resonancia sin el uso de inductores. Sin embargo, su límite superior de la frecuencia es limitado por la anchura de banda de los amplificadores usados.

Filtros de Digital

Proceso de la señal numérica permite la construcción barata de una variedad amplia de filtros. Se muestrea la señal y convertidor a digital análogo da vuelta a la señal en una corriente de números. Un programa de computadora que funciona en a CPU o especializado DSP (o menos a menudo corriente en una puesta en práctica de hardware del algoritmo) calcula una corriente del número de la salida. Esta salida se puede convertir a una señal pasándola con a digital al convertidor de análogo. Hay problemas con el ruido introducido por las conversiones, pero éstos pueden ser controlados y limitados para muchos filtros útiles. Debido al muestreo implicado, la señal de entrada debe estar de contenido limitado de la frecuencia o aliasing ocurrirá. Vea también: Filtro de Digital.

Otras tecnologías del filtro

Filtros y piezoelectrics del cuarzo

En el atrasado los años 30, los ingenieros realizaron que los sistemas mecánicos pequeños hechos de materiales rígidos por ejemplo cuarzo acústico resonaría en las radiofrecuencias, es decir. de frecuencias audibles (sonido) hasta varios cientos de megaciclos. Algunos resonadores tempranos fueron hechos de acero, solamente el cuarzo rápidamente se favoreció. La ventaja más grande del cuarzo es que es piezoeléctrico. Esto significa que los resonadores del cuarzo pueden convertir directamente su propio movimiento mecánico en señales eléctricas. El cuarzo también tiene un coeficiente muy bajo de la extensión termal que significa que los resonadores del cuarzo pueden producir frecuencias estables sobre una gama de temperaturas ancha. Cristal del cuarzo los filtros tienen factores mucho más de alta calidad que los filtros del voltaje residual. Cuando se requieren estabilidades más altas, los cristales y sus circuitos que conducen se pueden montar en “horno cristalino“para controlar la temperatura. Para los filtros muy de banda estrecha, varios cristales se funcionan a veces en serie.

Los ingenieros realizaron que una gran cantidad de cristales se podrían derrumbar en un solo componente, montando evaporaciones peine-formadas del metal en un cristal del cuarzo. En este esquema, “golpeado ligeramente retrasa la línea“refuerza las frecuencias deseadas mientras que las ondas acústicas fluyen a través de la superficie del cristal del cuarzo. Golpeado ligeramente retrasa la línea se ha convertido en un esquema general de hacer colmoQ filtros de muchas diversas maneras.

Filtros de la SIERRA

SIERRA (onda acústica superficial) los filtros son electromecánico dispositivos de uso general adentro radiofrecuencia usos. Las señales eléctricas se convierten a una onda mecánica en a piezoeléctrico cristal; esta onda se retrasa como propaga a través del cristal, antes de ser convertido de nuevo a una señal eléctrica cerca más lejos electrodos. Las salidas retrasadas se recombinan para producir una puesta en práctica análoga directa de a respuesta finita del impulso filtro. Esta técnica de filtración híbrida también se encuentra en filtro muestreado análogo. Los filtros de la SIERRA se limitan a las frecuencias hasta 3GHz.

Filtros de BAW

Los filtros de BAW (onda acústica a granel) son electromecánico dispositivos. Estos filtros están en el estado de la investigación para el momento. Los filtros de BAW pueden poner la escala en ejecución o enrejado filtros. Los filtros de BAW se parecen ser más pequeños que los filtros de la SIERRA, y pueden funcionar en las frecuencias hasta 16 gigahertz.

Filtros del granate

Artículo principal: Filtro del granate del hierro del itrio

Otro método de filtración, en microonda las frecuencias de 800MHz a cerca de 5 gigahertz, son utilizar un sintético solo cristal granate del hierro del itrio esfera hecha de una combinación química de itrio y hierro (YIGF, o filtro del granate del hierro del itrio). El granate se sienta en una tira del metal conducida por a transistor, y un lazo pequeño antena toca la tapa de la esfera. electroimán cambia la frecuencia que el granate pasará. La ventaja de este método es que el granate se puede templar sobre una frecuencia muy amplia variando la fuerza del campo magnético.

Filtros atómicos

Para incluso frecuencias más altas y la mayor precisión, las vibraciones de átomos deben ser utilizadas. Relojes atómicos uso cesio MASER como ultraalto Q filtros para estabilizar sus osciladores primarios. Otro método, usado en las frecuencias altas, fijadas con las señales de radio muy débiles, está al uso a rubí el MASER golpeó ligeramente retrasa la línea.

La función de la transferencia

función de la transferencia de un filtro está el cociente de la señal de salida a el de la señal de entrada en función de la frecuencia compleja :

con .

La función de la transferencia de todos los filtros tiempo-invariantes lineares comparte generalmente ciertas características:

  • Puesto que los filtros se construyen de componentes discretos, su función de la transferencia será el cociente de dos polinomios adentro , es decir. a función racional de . La orden de la función de la transferencia será la energía más alta de encontrado en el numerador o el denominador.
  • Los polinomios de la función de la transferencia todos tendrán coeficientes verdaderos. Por lo tanto, los postes y los ceros de la función de la transferencia serán verdaderos u ocurrirán en pares de la conjugación del complejo.
  • Puesto que los filtros se asumen para ser estables, la parte real de todos los postes (es decir. los ceros del denominador) serán negativos, es decir. mentirán en el mitad-plano izquierdo en espacio complejo de la frecuencia.

La construcción apropiada de una función de la transferencia implica Laplace transforma, y por lo tanto es necesario asumir condiciones iniciales nulas, porque

Y cuando f (0) =0 que podemos conseguir librados de las constantes y utilizar la expresión generalmente

Un alternativa para transferir funciones es dar el comportamiento del filtro como a circunvolución. teorema de la circunvolución, que sostiene para Laplace transforma, garantiza equivalencia con funciones de la transferencia.

Clasificación por la función de la transferencia

Artículo principal: función de la transferencia

Los filtros se pueden especificar por la familia y el passband. La familia de un filtro es especificada por ciertos criterios del diseño que den las reglas generales para especificar la función de la transferencia del filtro. Algunas familias comunes del filtro y sus criterios particulares del diseño son:

Generalmente, cada familia de filtros se puede especificar a una orden particular. Cuanto más alta es la orden, más el filtro acercará al filtro “ideal”. El filtro ideal tiene la transmisión completa en la venda del paso, y atenuación completa en la venda de la parada, y la transición entre las dos vendas es precipitada (a menudo llamado ladrillo-pared).

Aquí está una imagen que compara Butterworth, Chebyshev, y los filtros elípticos. Los filtros en esta ilustración son todos los filtros low-pass de la quinto-orden. La puesta en práctica particular -- análogo o digital, pasivo o activo -- no diferencia ningún; su salida sería igual.

Al igual que claro de la imagen, los filtros elípticos son más agudos que todos los otros, pero demuestran la ondulación en la anchura de banda entera.

Cada familia puede ser utilizada para especificar una venda particular del paso en la cual se transmitan las frecuencias, mientras que las frecuencias en la parada congriegan (es decir. fuera de la venda del paso) se atenúan más o menos.

  • Filtro Low-pass - Se pasan se atenúan las frecuencias bajas, los de alta frecuencia.
  • Filtro High-pass - Se pasan se atenúan los de alta frecuencia, las frecuencias bajas.
  • Filtro Band-pass - Solamente las frecuencias en una banda de frecuencia se pasan.
  • Venda-pare el filtro - Solamente las frecuencias en una banda de frecuencia se atenúan.
  • Todo-pase el filtro - Se pasan todas las frecuencias, pero la fase de la salida se modifica.

La familia y el passband de un filtro especifican totalmente la función de la transferencia de un filtro. La función de la transferencia especifica totalmente el comportamiento de un filtro linear, pero no la tecnología particular usada para ponerla en ejecución. Es decir hay un número de diversas maneras de alcanzar una función particular de la transferencia al diseñar un circuito.

Clasificación por topología

Los filtros electrónicos se pueden clasificar por la tecnología usada para ponerlos en ejecución. El usar de los filtros filtro pasivo y filtro activo la tecnología se puede clasificar más a fondo por el detalle topología electrónica del filtro los ponían en ejecución.

Cualquier función dada de la transferencia del filtro se puede poner en ejecución en cualesquiera topología electrónica del filtro.

Algunas topologías comunes del circuito son:

Clasificación por la metodología de diseño

Filtros electrónicos análogos lineares
Filtros de la síntesis de la red

Filtro de Butterworth

Filtro de Chebyshev

Filtro elíptico (de Cauer)

Filtro de Bessel

Filtro Gaussian

Grado óptimo “L” filtro (de Legendre)

Filtro de Linkwitz-Riley

Filtros de la impedancia de la imagen

Filtro constante de k

filtro m-derivado

Red de Zobel filtro (R constante)

Filtro compuesto de la imagen

Filtros simples

Filtro de RL

Filtro de RC

Filtro de RLC

Filtro del LC
corrija

Históricamente, el diseño análogo linear del filtro se ha desarrollado con tres acercamientos importantes. Los más viejos diseños son circuitos simples donde estaba el criterio principal del diseño Factor de Q del circuito. Esto reflejó el uso del receptor de radio de la filtración pues Q era una medida de la selectividad de la frecuencia de un circuito que templaba. A partir de los años 20 los filtros comenzaron a ser diseñados de imagen punto de vista, sobre todo siendo conducido por los requisitos de telecomunicaciones. Después WW2 la metodología dominante era síntesis de la red. Las matemáticas más altas utilizaron requirieron originalmente las tablas extensas de los valores polinómicos del coeficiente ser publicadas pero los recursos modernos de la computadora han hecho eso innecesario.[1]

Análisis directo del circuito

Los filtros de orden inferior pueden ser diseñados directamente aplicando leyes básicos del circuito por ejemplo Leyes de Kirchoff para obtener la función de la transferencia. Esta clase de análisis generalmente se realiza solamente para los filtros simples del 1r o segundo orden.


Análisis de la impedancia de la imagen

Este acercamiento analiza las secciones del filtro desde el punto de vista del filtro que está en una cadena infinita de secciones idénticas. Tiene las ventajas de la simplicidad del acercamiento y de la capacidad de extender fácilmente a órdenes más altas. Tiene la desventaja que la exactitud de respuestas predichas confía en terminaciones del filtro en la impedancia de la imagen, que no es generalmente el caso.[2]

Filtro de la red de Zobel (R constante), 5 secciones
respuesta m-derivada del filtro, m=0.5, 5 elementos


Síntesis de la red

El comienzo del acercamiento de la síntesis de la red con una transferencia requerida funciona y después expresa que como ecuación polinómica de la impedancia de la entrada del filtro. Los valores reales del elemento del filtro son obtenidos por la continuar-fracción o extensiones de la parcial-fracción de este polinomio. Desemejante del método de la imagen, no hay necesidad de redes que emparejan de la impedancia en las terminaciones pues los efectos de los resistores que terminan se incluyen en el análisis del comienzo.[2]

Vea también

Acoplamientos y referencias externos

  1. ^ Rebuzno, J, Innovación y la revolución de las comunicaciones, Instituto de ingenieros eléctricos
  2. ^ a b Mathaei, joven, Jones Filtros de la microonda, redes Impedancia-Que emparejan, y estructuras que se juntan McGraw-Colina 1964
The original article is from Wikipedia. To view the original article please click here.
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