- ¿Cómo funciona el filtro de paso alto?
- Respuesta de frecuencia y frecuencia de corte
- ¿Cuál es la fórmula de la frecuencia de corte?
- Cálculo de voltaje de salida
- Ejemplo con cálculo
- Cambio de fase
- Aplicaciones
Anteriormente discutimos el filtro de paso bajo pasivo, ahora es el momento de buscar información sobre el filtro de paso alto pasivo.
Igual que antes, si miras el nombre, muestra "Pasivo", "Alto", "Pasa" y "Filtro". Entonces, como sugiere el nombre, es un filtro que bloqueará las frecuencias bajas, pero pasará la frecuencia alta por encima del valor predeterminado, que será calculado por la fórmula.
Es "pasivo", lo que significa que no hay alimentación externa ni amplificación de la señal de entrada; Realizaremos el circuito utilizando componentes "pasivos" que no requieren ninguna fuente de alimentación externa. Los componentes pasivos son los mismos que los del filtro de paso bajo, pero el orden de conexión se invertirá exactamente. Los componentes pasivos son la resistencia (R) y el
condensador (C). Nuevamente es una configuración de filtro RC.
Veamos qué pasa si construimos el circuito y comprobamos la respuesta o “Bode Plot”…
Aquí está el circuito en esta imagen:
Este es un filtro RC. Generalmente, se aplica una señal de entrada a esta combinación en serie de condensador no polarizado y resistencia. Es un filtro de primer orden ya que solo hay un componente reactivo en el circuito que es el condensador. La salida filtrada estará disponible a través de la resistencia. La combinación de este dúo es exactamente opuesta al filtro de paso bajo. Si comparamos el circuito con el filtro de paso bajo veremos que la posición de la resistencia y el condensador se intercambian.
¿Cómo funciona el filtro de paso alto?
A bajas frecuencias, la reactancia del condensador será muy grande y actuará como un circuito abierto y bloqueará la señal de entrada por debajo del punto de frecuencia de corte (fc). Pero cuando el punto de frecuencia de corte alcanza la reactancia del condensador comenzará a reducirse y permitirá que la señal pase directamente. Veremos esto en detalle en la curva de respuesta de frecuencia.
Aquí está la curva de cómo se ve en la salida del condensador: -
Respuesta de frecuencia y frecuencia de corte
Esta es la curva de respuesta de frecuencia de ese circuito de filtro de paso alto de primer orden.
f c Es la frecuencia de corte del filtro. En un punto de -3dB, la señal puede pasar. Este -3dB también denota la frecuencia de corte. De 10Hz a la frecuencia de corte, la señal no puede pasar ya que la frecuencia es de baja frecuencia, en este punto es la parte de la banda de parada donde la señal no puede pasar del filtro pero por encima de la frecuencia de corte después -3dB la porción se denomina posición de banda de paso donde se permite que pase la señal. La pendiente de la curva es + 20dB por década. Exactamente opuesto al filtro de paso bajo.
La fórmula para calcular la ganancia es la misma que usamos en nuestro tutorial anterior en el filtro de paso bajo pasivo.
Ganancia (dB) = 20 log (Vout / Vin)
Después de la señal de corte, las respuestas del circuito aumentan gradualmente a Vin desde 0 y este incremento ocurre a una tasa de + 20dB / Década. Si calculamos el aumento por octava será de 6dB.
Esta curva de respuesta de frecuencia es el diagrama de Bode del filtro de paso alto. Al seleccionar el condensador y la resistencia adecuados, podríamos detener las frecuencias bajas, limitar la señal que pasa a través del circuito del filtro sin afectar la señal ya que no hay respuesta activa.
En la imagen de arriba, hay una palabra Ancho de banda. Significa después de qué frecuencia la señal permitirá pasar. Entonces, si se trata de un filtro de paso alto de 600 Khz, el ancho de banda será de 600 kHz a Infinity. Ya que permitirá pasar todas las señales por encima de la frecuencia de corte.
En la frecuencia de corte obtendremos una ganancia de -3dB. En ese punto, si comparamos la amplitud de la señal de salida con la señal de entrada, veremos que la amplitud de la señal de salida sería el 70,7% de la señal de entrada. También en una ganancia de -3dB, la reactancia capacitiva y la resistencia serían iguales. R = Xc.
¿Cuál es la fórmula de la frecuencia de corte?
La fórmula de la frecuencia de corte es exactamente la misma que la del filtro de paso bajo.
f c = 1 / 2πRC
Entonces, R es resistencia y C es capacitancia. Si ponemos el valor conoceremos la frecuencia de corte.
Cálculo de voltaje de salida
Veamos la primera imagen, el circuito donde se usan 1 resistencia y un capacitor para formar un filtro de paso alto o circuito RC.
Cuando la señal de CC se aplica a través del circuito, es la resistencia del circuito la que crea una caída cuando fluye la corriente. Pero en el caso de una señal de CA no es resistencia, sino que la impedancia es responsable de la caída de voltaje, que también se mide en ohmios.
En el circuito RC hay dos cosas resistivas. Uno es la resistencia y otro es la reactancia capacitiva del condensador. Por lo tanto, primero debemos medir la reactancia capacitiva del capacitor, ya que será necesario para calcular la impedancia de los circuitos.
La primera oposición resistiva es la reactancia capacitiva, la fórmula es: -
Xc = 1 / 2πfC
La salida de la fórmula estará en ohmios, ya que ohmios es la unidad de reactancia capacitiva porque es una oposición que significa resistencia.
La Segunda oposición es la propia resistencia. El valor de la resistencia también es una resistencia.
Entonces, combinando estas dos oposiciones obtendremos la resistencia total, que es la impedancia en el circuito RC (entrada de señal de CA).
La impedancia denota como Z
La fórmula es: -
Como se discutió anteriormente en la baja frecuencia, la reactancia del capacitor es demasiado alta para actuar como un circuito abierto, la reactancia del capacitor es infinita a baja frecuencia, por lo que bloquea la señal. La ganancia de salida es 0 en ese momento y, debido al bloqueo, el voltaje de salida permanece en 0 hasta que se alcanza la frecuencia de corte.
Pero en alta frecuencia ocurrirá lo contrario, la reactancia del capacitor es demasiado baja para que actúe como un cortocircuito, la reactancia del capacitor es 0 a alta frecuencia, por lo que pasa la señal. La ganancia de salida es 1 en ese momento, es decir, la situación de ganancia unitaria y debido a la ganancia unitaria, el voltaje de salida es el mismo que el voltaje de entrada después de que se alcanza la frecuencia de corte.
Ejemplo con cálculo
Como ya sabemos lo que está sucediendo realmente dentro del circuito y cómo averiguar el valor. Elijamos valores prácticos.
Tomemos el valor más común en resistor y capacitor, 330k y 100pF. Seleccionamos el valor porque está ampliamente disponible y es más fácil de calcular.
Veamos cuál será la frecuencia de corte y cuál será el voltaje de salida.
La frecuencia de corte será: -
Al resolver esta ecuación, la frecuencia de corte es 4825Hz o 4.825Khz.
Veamos si es cierto o no…
Este es el circuito del ejemplo.
Como la respuesta de frecuencia descrita anteriormente, en la frecuencia de corte, los dB serán
-3dB, independientemente de las frecuencias. Vamos a buscar -3 dB en la señal de salida y ver si es 4825Hz (4.825Khz) o no.
Aquí está la respuesta de frecuencia:
Pongamos el cursor en -3dB y veamos el resultado.
Como podemos ver la respuesta de frecuencia (también llamada Bode Plot), colocamos el cursor en -3.03dB y obtenemos una frecuencia de ancho de banda de 4.814KHz.
Cambio de fase
El ángulo de fase indica que φ (Phi) estará en la salida es +45
Este es el cambio de fase del circuito, utilizado como ejemplo práctico.
Averigüemos el valor de cambio de fase a la frecuencia de corte: -
Ponemos el cursor en +45
Este es un filtro de paso alto de segundo orden. CAPACITOR y RESISTOR es de primer orden y CAPACITOR1 y RESISTOR1 es de segundo orden. En cascada, forman un filtro de paso alto de segundo orden.
El filtro de segundo orden tiene una función de pendiente de 2 x + 20dB / década o + 40dB (12dB / octava).
Aquí está la curva de respuesta: -
La pendiente es de + 20dB / Década y la roja en la salida final que tiene una pendiente de + 40dB / Década.
Esto calculará la frecuencia de corte del circuito de paso alto de segundo orden.
Al igual que el filtro de paso bajo, no es tan bueno conectar en cascada dos filtros de paso alto pasivos, ya que la impedancia dinámica de cada orden de filtro afecta a otra red en el mismo circuito.
Aplicaciones
El filtro de paso bajo es un circuito ampliamente utilizado en electrónica.
Aquí hay algunas aplicaciones: -
- Receptor de audio y ecualizador
- Sistema de control de música y modulación de frecuencia de agudos.
- Generador de funciones
- Televisión y osciloscopio de rayos catódicos.
- Generador de onda cuadrada de onda triangular.
- Generadores de impulsos.
- Generadores de rampa a escalón.