Que Es Un Circuito De Filtro Notch Activo De Op Amp

Los amplificadores operacionales son una forma excelente de fabricar y diseñar filtros de muesca. Los circuitos de amplificadores operacionales para filtros de hendidura activos son muy eficaces y, al mismo tiempo, fáciles de diseñar y construir utilizando un número mínimo de componentes electrónicos.

Los filtros de hendidura pueden utilizarse en diversas aplicaciones en las que es necesario eliminar una frecuencia o banda de frecuencias concreta. A menudo, los filtros de muesca son de frecuencia fija, aunque es posible diseñar algunos que tienen frecuencias variables.

Los filtros de hendidura de frecuencia fija tienen aplicaciones como la eliminación de interferencias de frecuencia fija, como el zumbido de la red eléctrica, de los circuitos de audio. También pueden utilizarse en el diseño de circuitos electrónicos en muchas áreas, eliminando convenientemente una sola frecuencia o una banda estrecha de frecuencias.

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    Respuesta del filtro de muesca

    Como su nombre indica, el filtro de muesca proporciona una muesca o banda estrecha sobre la que el filtro elimina las señales en esa frecuencia.

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    La respuesta ideal para cualquier filtro de muesca sería una respuesta completamente plana en todo el rango utilizable, con la excepción de la frecuencia de muesca. Aquí caería muy rápido proporcionando un alto nivel de atenuación que es capaz de eliminar la señal no deseada.

    Respuesta del filtro de muesca

    En realidad, la perfección no es posible, pero cuando se utiliza un circuito de amplificador operacional, los altos niveles de ganancia del propio amplificador operacional hacen que se puedan conseguir fácilmente altos niveles de atenuación y muescas estrechas con un número mínimo de componentes electrónicos además del amplificador operacional.

    Circuito de filtro de hendidura activo de amplificador operacional

    El siguiente diagrama muestra un circuito de amplificador óptico para un filtro de hendidura activo que utiliza un único amplificador operacional y unos pocos componentes electrónicos adicionales.

    El circuito del filtro de muesca es bastante sencillo y los cálculos de diseño del circuito electrónico para los valores de los componentes también son fáciles de determinar.

    Circuito de filtro de hendidura activo de amplificador operacional

    El circuito del filtro de corte activo es bastante sencillo de diseñar. Emplea retroalimentación tanto negativa como positiva alrededor del chip del amplificador operacional y de esta manera es capaz de proporcionar un alto grado de rendimiento.

    El cálculo del valor del circuito es muy sencillo. La fórmula para calcular los valores de las resistencias y los condensadores para el circuito del filtro notch es

    f notch   =   1 2   π   R   C

    R   =   R 3   =   R 4

    C   =   C 1   =   C 2

    Donde:

    • fnotch = frecuencia central de la muesca en Hertz.
    • Π = 3.142
    • R y C son los valores de las resistencias y condensadores en Ω y Faradios

    Precauciones para el diseño del filtro notch

    Cuando se construye el circuito del filtro notch activo, se deben utilizar componentes de alta tolerancia para obtener el mejor rendimiento. Típicamente deben ser del 1% o mejores. Se puede obtener una profundidad de muesca de 45 dB utilizando componentes del 1%, aunque en teoría es posible que la muesca sea del orden de 60 dB utilizando componentes ideales. R1 y R2 deben ajustarse con una precisión del 0,5% o pueden recortarse con resistencias en paralelo.

    Otro elemento para garantizar el funcionamiento óptimo del circuito es asegurarse de que la impedancia de la fuente sea inferior a unos 100 ohmios. Además, la impedancia de carga debe ser superior a unos 2 M ohmios.

    El circuito se utiliza a menudo para eliminar los zumbidos no deseados de los circuitos. Los valores para una muesca de 50 Hz serían: condensadores C1, C2 = 47 nF, resistencias: R1, R2 = 10 k, R3, R4 = 68 k.

    Circuito de filtro notch de doble T con Q variable

    Aunque el circuito de filtro de muesca fijo puede utilizarse en muchos diseños de circuitos electrónicos, a veces puede ser necesario un ancho de muesca variable de Q. Esto también se puede conseguir utilizando un simple circuito de amplificador óptico.

    Un filtro de hendidura de doble T con Q variable es sencillo de realizar y puede proporcionar un buen nivel de rechazo en la frecuencia de hendidura. Este circuito de amplificadores operacionales utiliza dos amplificadores operacionales, y la sección de doble "T" puede verse entre los dos amplificadores operacionales.

    La función de Q variable para el filtro de hendidura activo de doble T es proporcionada por el potenciómetro colocado en la entrada no inversora del amplificador operacional inferior en el diagrama.

    Circuito de filtro notch de doble T con Q variable

    El cálculo del valor del circuito es muy sencillo. La fórmula es la misma que la utilizada para la versión pasiva del filtro notch doble T.

    f notch   =   1 2   π   R   C

    Donde:

    • fnotch = frecuencia de corte en Hertz
    • π = 3.142
    • R y C son los valores de las resistencias y condensadores como en el circuito

    El valor del potenciómetro no es en absoluto crítico. No debe ser tan alto como para que la resistencia sea cargada por la impedancia de entrada del segundo amplificador operacional. Como también es visto como una carga de resistencia por el primer amplificador operacional, no debe ser tan bajo que presente una carga significativa. Esta resistencia sólo actúa como un divisor de potencial para presentar la proporción requerida de la salida a la entrada del segundo amplificador operacional.

    El potenciómetro podría estar en cualquier lugar entre unos 4,7kΩ y 47kΩ. Como los amplificadores operacionales estándar tienen una resistencia de entrada de alrededor de 250kΩ hay suficiente margen para el potenciómetro de 47kΩ.

    El circuito de amplificadores operacionales para un filtro notch puede ser muy útil, y la posibilidad de ajustar la Q también puede ser muy práctica. Utiliza comparativamente pocos componentes electrónicos: sólo dos amplificadores operacionales, que podrían incorporarse en un solo paquete de circuitos integrados, así como tres resistencias, tres condensadores y el potenciómetro para ajustar el valor de Q.

    El principal inconveniente del circuito de filtro de muesca es que, al aumentar el nivel de Q, se reduce la profundidad del nulo. A pesar de ello, el circuito de amplificador óptico puede utilizarse con éxito en muchos diseños de circuitos electrónicos para una gran variedad de aplicaciones.

    Componentes electrónicos para el diseño de filtros notch

    La elección de los componentes electrónicos utilizados en un filtro activo es clave para el buen funcionamiento del circuito. Para un filtro de muesca activo, la tolerancia y el rendimiento de los componentes electrónicos son fundamentales.

    Los cambios en los valores de los componentes electrónicos como resultado de su tolerancia pueden alterar significativamente la muesca y su profundidad. Todos los componentes de la zona del circuito que determina la muesca deben tener una tolerancia ajustada, del 1% o superior.

    Hoy en día, las resistencias de película metálica están disponibles en formato de dispositivo con plomo y de montaje superficial. Estas resistencias no sólo son de bajo ruido, sino que también pueden comprarse en formas de tolerancia ajustada. Suelen estar disponibles en versiones del 1%, 2% u ocasionalmente del 5%. Como la diferencia de coste suele ser escasa, el uso de resistencias del 1% es una buena opción.

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    En cuanto a los condensadores, hay que evitar a toda costa los electrolíticos. No sólo están polarizados, sino que su tolerancia es muy pobre. Normalmente, los condensadores electrolíticos tienen una tolerancia de -20% y +80%, por lo que no son nada precisos.

    También hay que evitar los condensadores electrolíticos de tantalio. Son mejores que los condensadores electrolíticos, pero también están polarizados y no proporcionan un nivel de precisión suficiente.

    Los condensadores cerámicos ofrecen un buen nivel de rendimiento y normalmente están disponibles en los rangos requeridos. También están disponibles como dispositivos con plomo y de montaje superficial. Dependiendo del dieléctrico real, existen condensadores de muy alta tolerancia, y los tipos adecuados ofrecerán un buen rendimiento.

    Los condensadores de película plástica son otra buena opción, ya que muchos tipos ofrecen buenos niveles de tolerancia. Sin embargo, los condensadores de película sólo están disponibles como dispositivos con plomo y no como dispositivos de montaje superficial.

    Los dos circuitos de filtro de hendidura activo de los amplificadores operacionales son muy fáciles de diseñar y utilizar. Su rendimiento es lo suficientemente bueno para la mayoría de las aplicaciones, pero si es necesario ponerlos en cascada, hay que tener cuidado para asegurarse de que están exactamente en la misma frecuencia mediante el uso de componentes de tolerancia muy estrecha para los elementos que determinan la frecuencia.

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