Diseño de circuito de filtro de parada de banda y aplicaciones

 

Introducción

La banda el filtro de parada está formado por la combinación de filtros de paso bajo y paso alto con una conexión paralela en lugar de una conexión en cascada. El nombre en sí mismo indica que detendrá una banda particular de frecuencias. Como elimina las frecuencias, también se llama filtro de eliminación de banda o filtro de rechazo de banda o filtro de notch.

Sabemos que, a diferencia de los filtros de paso alto y de paso bajo, los filtros de paso de banda y de parada de banda tienen dos frecuencias de corte. Pasará por encima y por debajo de un rango particular de frecuencias cuyas frecuencias de corte están predeterminadas dependiendo del valor de los componentes utilizados en el diseño del circuito.

Cualquier frecuencia entre estas dos frecuencias de corte se atenúa. Tiene dos bandas de paso y una banda de parada. Las características ideales del filtro de paso de banda son las que se muestran a continuación

Donde fL indica el cortar la frecuencia del filtro de paso bajo.

fH es la frecuencia de corte del filtro de paso alto.

Las frecuencias centrales fc = √ (fL x fH)

Las características de un filtro de parada de banda son exactamente opuestas a las características del filtro de paso de banda.

Cuando la entrada se da una señal, las bajas frecuencias pasan a través del filtro de paso bajo en el circuito de parada de banda y las altas frecuencias pasan a través del filtro de paso alto en el circuito. Esto se muestra en el siguiente diagrama de bloques.

In En la práctica, debido al mecanismo de conmutación del condensador en el filtro de paso alto y paso bajo, las características de salida no son las mismas que en el filtro ideal. La ganancia de la banda de paso debe ser igual al filtro de paso bajo y filtro de paso alto. La respuesta de frecuencia del filtro de parada de banda se muestra a continuación y la línea verde indica la respuesta práctica en la siguiente figura

Circuito del filtro de parada de banda usando R, L y C

A continuación se muestra un circuito de filtro de parada de banda simple con componentes pasivos

La salida se toma a través del inductor y el condensador que están conectados en serie. Sabemos que para diferentes frecuencias en la entrada, el circuito se comporta como un circuito abierto o cortocircuito. A bajas frecuencias, el condensador actúa como un circuito abierto y el inductor actúa como un cortocircuito. A altas frecuencias, el inductor actúa como un circuito abierto y el condensador actúa como un cortocircuito.

Así, con esto podemos decir que a bajas y altas frecuencias el circuito actúa como un circuito abierto porque el inductor y el condensador están conectados en serie. Por esto, también está claro que a frecuencias medias el circuito actúa como un cortocircuito. Por lo tanto, no se permite que las frecuencias medias pasen por el circuito.

El rango de frecuencia media al que el filtro actúa como un cortocircuito depende de los valores de las frecuencias de corte superior e inferior. Estos valores de frecuencia de corte inferior y superior dependen de los valores de los componentes. Estos valores de componentes están determinados por las funciones de transferencia para el circuito de acuerdo con el diseño. La función de transferencia no es más que la relación entre la salida y la entrada.

Donde frecuencia angular ω = 2πf

Filtro de muesca (filtro de parada de banda estrecha)

Lo anterior el circuito muestra la red Twin ‘T’. Este circuito nos da un filtro de muesca. Un filtro de muesca no es más que el filtro de parada de banda estrecha. La forma característica de la respuesta de detención de banda hace que el filtro sea un filtro de muesca. Este filtro de muesca se aplica para eliminar la frecuencia individual. Como se compone de dos redes en forma de «T», se denomina red Twin T. La eliminación máxima se produce en la frecuencia central fC = 1/(2πRC).

Para eliminar el valor específico de la frecuencia en el caso de un filtro de muesca, el condensador elegido en el diseño del circuito debe ser menor o igual que 1 μF. Al usar la ecuación de frecuencia central, podemos calcular el valor de la resistencia. Al usar este circuito de muesca, podemos eliminar una sola frecuencia a 50 o 60 Hz.

El filtro de muesca de segundo orden con el op-amp del componente activo en configuración no inversora se proporciona de la siguiente manera

La ganancia puede calcularse como

Donde Factor de calidad Q = 1/2 x (2-Amax)

Si el valor del factor de calidad es alto, entonces el ancho de el filtro de muesca es estrecho.

Respuesta de frecuencia del filtro de detención de banda

Tomando la frecuencia y ganancia, la respuesta de frecuencia de la banda de parada se obtiene como se indica a continuación

El ancho de banda se toma a través de las frecuencias de corte más bajas y más altas. Según el filtro ideal, la banda de paso debe tener la ganancia ya que Amax y una banda de parada deben tener ganancia cero. En la práctica, habrá alguna región de transición. Podemos medir la ondulación de la banda de paso y detener las ondulaciones de la banda de la siguiente manera

Pass Band Ripple =-20 log10 (1-δp) dB

Stop Band Ripple =-20 log10 (δs) dB

Donde

δp = Magnitud de respuesta del filtro de banda de paso

δs = Respuesta de magnitud del filtro de banda de detención.

El ancho de banda de parada típico del filtro de parada de banda es de 1 a 2 décadas. La frecuencia más alta eliminada es de 10 a 100 veces la frecuencia más baja eliminada.

Respuesta ideal del filtro de muesca

Ejemplo de filtro de parada de banda

Consideremos el circuito de filtro de muesca de banda estrecha. Sabemos que el filtro de muesca se usa para eliminar una sola frecuencia. Por lo tanto, consideremos que la frecuencia para eliminar debe ser de 120 Hz. El valor del condensador C = 0.33 μF.

Al usar la frecuencia central fC = 1/(2πRC)

R = 1/(2πfCC ) = 1/(2πx120 x 0.33 x 10-6) = 4 kΩ

Por lo tanto, para diseñar el filtro de muesca para eliminar la frecuencia de 120 Hz tenemos que tomar dos resistencias en paralelo con 4 kΩ cada una y las dos condensadores en paralelo con 0.33 μF cada uno.

Resumen del filtro de detención de banda

El filtro de parada de banda tiene dos bandas de paso y una banda de parada. Las características de este filtro son exactamente opuestas al filtro de paso de banda. También se llama filtro de rechazo de banda o filtro de eliminación de banda. Utiliza un filtro de paso alto y un filtro de paso bajo conectados en paralelo. Las bajas frecuencias se dan al paso bajo, mientras que las frecuencias altas se dan al filtro de paso alto.

El circuito RLC simple al conectar el capacitor y el inductor en serie forma el filtro de parada de banda. A frecuencias muy altas y muy bajas, el circuito de filtro de parada de banda actúa como un circuito abierto, mientras que a frecuencias medias el circuito actúa como un cortocircuito. Por lo tanto, el circuito atenúa solo frecuencias medias y permite todas las demás frecuencias. Las frecuencias de corte más bajas y más altas del filtro dependen del diseño del filtro.

El filtro de parada de banda con características de parada de banda estrecha se denomina filtro de muesca. Se usa para eliminar el valor de frecuencia única. Está formado por dos resistencias y dos condensadores conectados en dos redes en forma de «T».

Por lo tanto, se lo conoce como filtro Twin ‘T’. El ancho de banda del filtro no es más que la banda de detención del filtro. Si el factor de calidad Q es alto, se reduce el ancho de la respuesta de muesca. Estos son ampliamente preferidos en los circuitos de comunicación.

Aplicaciones del filtro de parada de banda

En diferentes tecnologías, estos filtros se utilizan en diferentes variedades.

• En tecnología telefónica, estos filtros se utilizan como reductores de ruido de línea telefónica y servicios de Internet DSL. Ayudará a eliminar la interferencia en la línea que reducirá el rendimiento DSL.
• Estos son ampliamente utilizados en los amplificadores de guitarra eléctrica. En realidad, esta guitarra eléctrica produce un «zumbido» a una frecuencia de 60 Hz. Este filtro se usa para reducir ese zumbido para amplificar la señal producida por el amplificador de guitarra y hace el mejor equipo. Estos también se usan en algunas aplicaciones acústicas como mandolinas, amplificadores de instrumentos básicos.
• En la electrónica de comunicación, la señal se distorsiona debido a algún ruido (armónicos) que hace que la señal original interfiera con otras señales que conducen a errores en la salida. Por lo tanto, estos filtros se utilizan para eliminar estos armónicos no deseados.
• Estos se utilizan para reducir la estática en la radio, que se utilizan comúnmente en nuestra vida diaria.
• Estos también se utilizan en Las tecnologías de comunicación óptica, en el extremo de la fibra óptica puede haber algunas frecuencias interferentes (espurias) de la luz que produce las distorsiones en el haz de luz. Estas distorsiones son eliminadas por los filtros de parada de banda. El mejor ejemplo está en la espectroscopía Raman.
• En el procesamiento de imágenes y señales, estos filtros son altamente preferidos para rechazar el ruido.
• Se utilizan en aplicaciones de audio de alta calidad como sistemas de megafonía (megafonía) sistemas).
• Estos también se usan en aplicaciones de campo médico, es decir, en instrumentos biomédicos como EGC para eliminar el ruido de la línea.