Los Filtros

Diseño de filtros para TV

Notapor Leonidas83glx » 30 Nov 2011, 13:59

Viendo en los comercios y la industria local de la falta de material adecuado que permita hacer instalaciones de Antenas de TV/TDT, abro este hilo para tratar de aportar algo. En este caso se trata del diseño y construcción de filtros para TV. Los mismo son necesarios cuando se quiere eliminar una interferencia o cuando se quiere dejar pasra un grupo de canales y otro no, o bien cuando se quiere suprimir un canal, y en el caso de la TDT, serán necesarios si se quieren acoplr varias antenas de distintas direcciones.

La falta de soluciones por parte de nuestra industria local y las sugerencias de MacPhisto, me obligo a abrir este hilo en donde cada uno puede aportar sus soluciones. Recomiendo la detenida lectura de este artículo, y sobre todo no precipitarse y, lo más importante, experimentar, este campo para los aficionados que carecemos de instrumental de medición se basa en la prueba y error, las fórmulas ayudan pero dan una aproximación nada más.

Pero empecemos antes con un poco de teoría de filtros:

Filtro analógico

Los filtros analógicos son un tipo de filtro electrónico que discriminan las señales o componentes de una señal analógica que pasan a su través atendiendo a algunas de sus características, habitualmente su frecuencia.

Filtro paso bajo

Un filtro paso bajo corresponde a un filtro caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas. El filtro requiere de dos terminales de entrada y dos de salida, de una caja negra, también denominada cuadripolo o bipuerto, así todas las frecuencias se pueden presentar a la entrada, pero a la salida solo estarán presentes las que permita pasar el filtro. De la teoría se obtiene que los filtros están caracterizados por sus funciones de transferencia, así cualquier configuración de elementos activos o pasivos que consigan cierta función de transferencia serán considerados un filtro de cierto tipo.

En particular la función de transferencia de un filtro paso bajo de primer orden corresponde a Imagen, donde la constante k es sólo una ponderación correspondiente a la ganancia del filtro, y la real importancia reside en la forma de la función de transferencia Imagen, la cual determina el comportamiento del filtro. En la función de transferencia anterior Imagen corresponde a la frecuencia de corte propia del filtro, aquel valor de frecuencia para el cual la amplitud de la señal de entrada se atenua 3 dB.

De forma análoga al caso de primer orden, los filtros de paso bajo de mayor orden también se caracterízan por su función de transferencia, por ejemplo la de un filtro paso bajo de segundo orden corresponde a Imagen, donde Imagen es la frecuencia natural del filtro y Imagen es el factor de amortiguamiento de este.

Cualquier filtro, tiene una entrada y una salida, así que si hablamos de un filtro pasabajo, lo podemos ver, como una caja negra con dos terminales de entrada y dos de salida. Si un terminal de entrada es común a la salida tendremos un sistema desbalanceado (Unbalance, en inglés), así las cosas, si llamamos e1 y e2 a los terminales de entrada y s1 y s2 a los de salida, un filtro pasabajo sencillo, sería, colocar una resistencia entre e1 y s1 y un condensador, entre s1 y s2, uniendo e2 con s2, tenemos un filtro pasabajo desbalanceado. Ahora veamos como trabaja: las diferentes frecuencias ingresan por e1-e2 y salen por s1-s2, las altas frecuencias verán en el condensador una baja impedancia (cortocircuito) mientras que las bajas frecuencias seguirán de largo por las salidas s1-s2 hacia el circuito siguiente, cumpliendo con la función de dejar pasar las bajas frecuencias y atenuar las altas. Esto a grandes rasgos. También como se describe abajo, se puede usar una bobina, entre e1 y s1 y los terminales e2 y s2 se unen, teniendo así un filtro pasabajo desbalanceado, el cual se rige por XL=WL,donde XL es la reactancia inductiva y w la frecuencia angular y L la inductancia, como se ve abajo del escrito.

El más sencillo está compuesto por una resistencia y un condensador (o bobina). Pero podría ser mejor. Un filtro analógico elemental compuesto por un condensador se denomina, "Filtro paso alto" (debido a que la Reactancia Capacitiva Xc = 1/WC). Mientras que el compuesto por una inductancia (bobina, o choque) es un "filtro paso bajo" (debido a que la Reactancia Inductiva Xl = WL).

Filtro paso alto

Filtro pasivo analógico de primer orden con circuito RC.

Un filtro paso alto (HPF) es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación.

El filtro paso alto más simple es un circuito RC en serie en el cual la salida es la caída de tensión en la resistencia.

Si se estudia este circuito (con componentes ideales) para frecuencias muy bajas, en continua por ejemplo, se tiene que el condensador se comporta como un circuito abierto, por lo que no dejará pasar la corriente a la resistencia, y su diferencia de tensión será cero. Para una frecuencia muy alta, idealmente infinita, el condensador se comportará como un cortocircuito, es decir, como si no estuviera, por lo que la caída de tensión de la resistencia será la misma tensión de entrada, lo que significa que dejaría pasar toda la señal. Por otra parte, el desfase entre la señal de entrada y la de salida si que varía, como puede verse en la imagen.

El producto de resistencia por condensador (R×C) es la constante de tiempo, cuyo recíproco es la frecuencia de corte, es decir, donde el módulo de la respuesta en frecuencia baja 3dB respecto a la zona pasante:

Imagen

Donde fc es la frecuencia de corte en hercios, R es la resistencia del tweteer o parlante en ohmios y C es la capacidad en faradios.

El desfase depende de la frecuencia f de la señal y sería:

Imagen

Filtro paso banda

Imagen

Respuesta frecuencial de un filtro paso banda.

Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto.

Implementación

Un circuito simple de este tipo de filtros es un circuito RLC (resistencia, bobina y condensador) en el que se deja pasar la frecuencia de resonancia, que sería la frecuencia central (fc)

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