Orden, fase, relación entrada-salida de un filtro
Un filtro es un circuito con al menos un elemento reactivo (inductor o capacitor).
Un circuito con solo un elemento reactivo es un "filtro de primer orden", si el circuito tiene dos elementos reactivos es un "filtro de segundo orden", etc.
La diferencia que existe entre un filtro de primer orden y un filtro de orden mayor es la curva de respuesta de frecuencia.
Como se ve del diagrama, las frecuencias de corte (f1 y f2 para la curva azul y f3 y f4 para la curva roja) no necesariamente indican que las frecuencias tanto a la izquierda de f1 y f3 y a la derecha de f2 y f4 están completamente eliminadas.
La curva en ambos casos desciende lentamente hasta su nivel más bajo.
Lo ideal sería que el filtro tuviera una forma más cuadrada de manera que las frecuencias indeseables fueran totalmente eliminadas.
Para lograr esto se incrementa el orden de los filtros (hay más elementos reactivos: bobinas y condensadores).
Este tipo de filtro es muy útil en muchos casos, pero hay otros en donde la señal a filtrar no es muy potente y la esta va perdiendo energía con forme avanza por las diferentes etapas del filtro. Para estos casos es mejor utilizar "filtros activos".
Consideraciones de fase y la tensión de salida.
En un filtro RC o RL hay que tomar en cuenta que el desfase entre la tensión y la corriente (alterna) está entre 0° y 90°. Este ángulo es determinado con exactitud con los valores de los componentes y la frecuencia en cuestión.
La fórmula es: Θ = arctan (Xc /R) para el caso de un filtro RC.
- Si Xc (reactancia capacitiva) fuera mucho mayor que R (digamos unas 100 veces) entonces. Θ = arctan(Xc /R) = arctan(100R/R) = arctan(100) = 89.5°
- Si Xc (reactancia capacitiva) fuera mucho menor que R (digamos unas 100 veces) entonces. Θ = arctan(Xc /R) = arctan(Xc /100Xc) = arctan(1/100) = 0.5°
Si Xc y R tienen el mismo valor entonces, Θ = arctan(Xc /R) = arctan(1) = 45°
La tensión de salida del filtro depende de la frecuencia y de la amplitud de la tensión de entrada.
Se puede implementar un gráfico que muestre la relación entre la tensión de salida y la tensión de entrada (Vout/Vin) para un rango de frecuencia. (ejemplo con un filtro paso alto).
Se puede ver que para bajas frecuencias, la relación Vout / Vin es prácticamente "0" indicando que la tensión de salida es muy baja.
En cambio para frecuencias altas la relación Vout/Vin, está muy cerca de "1", lo que indica que la tensión de salida Vout es prácticamente igual a la tensión Vin. Este es el comportamiento esperado para un filtro paso alto (el ejemplo)
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