Guía completa de tipos de filtros en procesamiento de señales

En general, los filtros son procesos o dispositivos que eliminan características o componentes innecesarios de una señal de frecuencia durante el procesamiento de señales. Son comunes en gráficos por computadora, procesamiento de imágenes, sistemas de control, radares, telecomunicaciones, entre otros. Además, existen diversos tipos de filtros que analizaremos a continuación.

¿Qué es un filtro?

Un filtro es un circuito que elimina componentes no deseados —como señales electrónicas, ruido, etc.— a medida que pasan a través de dispositivos o medios de filtrado.

Otra definición se centra en atenuar frecuencias específicas mientras se amplifican o permiten el paso de otras. Así, los filtros electrónicos recuperan frecuencias de señales que contienen frecuencias irrelevantes o no requeridas.

Tipos de filtros

Los fabricantes clasifican los filtros según su método de construcción y su respuesta en frecuencia.

Según su construcción

Bajo esta categoría se agrupan dos tipos principales de filtros.

Filtros pasivos

Un filtro pasivo está compuesto por componentes pasivos: inductores, capacitores y resistencias.

Al no requerir fuente de energía externa, estos filtros no proporcionan ganancia de voltaje; la tensión de salida siempre será menor que la de entrada.

Además, aunque no procesan bien las bajas frecuencias, los filtros pasivos filtran fácilmente señales de alta frecuencia.

Por último, su diseño es simple. Sin embargo, al conectar una carga al filtro se alteran sus características. También se pueden ver afectados sus elementos al cascadear el filtro para obtener uno de orden superior.

Filtros activos

A diferencia de los pasivos, los filtros activos incluyen componentes activos como transistores, amplificadores operacionales, capacitores y resistencias.

Requieren una fuente de alimentación externa, pero proporcionan una alta ganancia de voltaje que amplifica señales de entrada débiles. No procesan frecuencias extremadamente altas, pero filtran excepcionalmente bien las bajas frecuencias.

Su diseño es más complejo, aunque ofrecen baja impedancia de salida y alta impedancia de entrada, por lo que la impedancia de carga no afecta las características del filtro.

Finalmente, para aumentar el orden del filtro se pueden usar filtros activos en configuración en cascada sin perder potencia de la señal de entrada.

Según su respuesta en frecuencia

La segunda clasificación depende de los siguientes tipos:

Filtro paso bajo (Low Pass Filter)

Permite el paso de señales de baja frecuencia sin atenuarlas, pero rechaza las de alta frecuencia.

Está compuesto por un componente reactivo cuya reactancia varía con la frecuencia de entrada. Esta variación causa un aumento o disminución de la caída de voltaje en el circuito. Una gran caída de voltaje en la salida permite el paso de la señal; si es menor, la bloquea.

Filtro paso alto (High Pass Filter)

Bloquea o rechaza señales de baja frecuencia y permite el paso de las de alta frecuencia sin atenuar su amplitud.

Una señal con frecuencia superior a la de corte pasa con amplitud completa. Por el contrario, se bloquea una señal con frecuencia inferior a la de corte.

Filtro paso banda (Band Pass Filter)

Bloquea frecuencias superiores o inferiores a las de la banda de paso, permitiendo solo un rango específico de frecuencias.

Cuenta con dos frecuencias de corte: superior e inferior. El filtro bloquea las frecuencias altas y bajas, dejando pasar las de la banda de paso (frecuencias intermedias) sin atenuación.

Al combinar en cascada un filtro paso alto y uno paso bajo se obtiene un filtro paso banda: el primero bloquea las bajas frecuencias y el segundo las altas.

Filtro rechaza banda / Notch / Filtro suprime banda (Band Reject / Notch / Band Stop Filter)

Un filtro rechaza banda atenúa o limita las frecuencias de una banda fija.

Su funcionamiento es opuesto al del filtro paso banda. Un filtro notch permite el paso de frecuencias altas y bajas, pero limita la banda fija entre ellas.

También tiene frecuencias de corte superior e inferior. Si llegan señales con frecuencias entre ambos cortes, el filtro las rechaza.

Curvas de respuesta

Las curvas de respuesta muestran el comportamiento de un filtro. El diagrama siguiente ilustra una variedad de filtros.

Aplicaciones de los filtros

Los filtros se aplican comúnmente en los siguientes ámbitos:

Conclusión

En resumen, los filtros son esenciales en proyectos que requieren señales sin interferencias. Además, la variedad de filtros disponibles guía la selección del dispositivo adecuado para cada aplicación.

Si tienes dudas sobre filtros de frecuencia, no dudes en contactarnos.