Filtro de paso alto pasivo

El filtro de paso bajo sólo permite que las señales pasen por debajo de su punto de frecuencia de corte, ƒc, el circuito de filtro de paso alto pasivo como su nombre lo indica, solo pasa señales por encima del punto de corte fc seleccionado, eliminando cualquier señal de baja frecuencia de la forma de onda. Considere el circuito a continuación:

Circuito de filtro de paso alto

En esta disposición de circuito, la reactancia del capacitor es muy alta a bajas frecuencias, por lo que el capacitor actúa como un circuito abierto y bloquea cualquier señal de entrada en VIN hasta que el punto de frecuencia de corte ( ƒC se alcanza ). Por encima de este punto de frecuencia de corte, la reactancia del condensador se ha reducido lo suficiente como para actuar ahora más como un cortocircuito que permite que toda la señal de entrada pase directamente a la salida como se muestra a continuación en la curva de respuesta de los filtros.

Respuesta de frecuencia de un filtro de paso alto de primer orden

El diagrama de Bode o la curva de respuesta de frecuencia anterior para un filtro de paso alto pasivo es exactamente lo opuesto al de un filtro de paso bajo. Aquí la señal se atenúa o amortigua a bajas frecuencias con la salida aumentando a + 20dB / de cada (6dB / Octava) hasta que la frecuencia alcanza el punto de corte ( ƒc ) donde nuevamente R = Xc. Tiene una curva de respuesta que se extiende desde el infinito hasta la frecuencia de corte, donde la amplitud del voltaje de salida es 1 / √2  = 70,7% del valor de la señal de entrada o -3dB (20 log (Vout / Vin)) del valor de entrada.

También podemos ver que el ángulo de fase ( Φ ) de la señal de salida LLEVA al de la entrada y es igual a +45° en la frecuencia ƒc. La curva de respuesta de frecuencia para este filtro implica que el filtro puede pasar todas las señales hasta el infinito. Sin embargo, en la práctica, la respuesta del filtro no se extiende hasta el infinito, sino que está limitada por las características eléctricas de los componentes utilizados.

El punto de frecuencia de corte para un filtro de paso alto de primer orden se puede encontrar usando la misma ecuación que la del filtro de paso bajo, pero la ecuación para el cambio de fase se modifica ligeramente para tener en cuenta el ángulo de fase positivo como se muestra a continuación:

Frecuencia de corte y cambio de fase

La ganancia del circuito, Av que se da como Vout / Vin (magnitud) y se calcula como:

Ejemplo de filtro de paso alto No.1

Calcule la frecuencia de corte o “punto de interrupción” ( ƒc ) para un filtro de paso alto pasivo simple que consta de un 82pF del condensador conectado en serie con una resistencia de 240 kΩ.

Filtro de paso alto de segundo orden

Nuevamente, como con los filtros de paso bajo, las etapas de filtro de paso alto se pueden conectar en cascada para formar un filtro de segundo orden (dos polos) como se muestra:

Filtro de paso alto de segundo orden

El circuito anterior utiliza dos filtros de primer orden conectados o en cascada para formar una red de paso alto de segundo orden o de dos polos. A continuación, una etapa de filtro de primer orden se puede convertir en un tipo de segundo orden por el simple uso de una adicional red RC, la misma que para el segundo filtro de orden de paso baja. El circuito de filtro de paso alto de segundo orden resultante tendrá una pendiente de 40 dB / de ada (12 dB / octava).

Al igual que con el filtro de paso bajo, la frecuencia de corte, ƒc está determinada por las resistencias y los condensadores de la siguiente manera:

En la práctica, la conexión en cascada de filtros pasivos para producir filtros de orden más grande es difícil de implementar con precisión ya que la impedancia dinámica de cada orden de filtro afecta a su red vecina. Sin embargo, para reducir el efecto de carga, podemos hacer que la impedancia de cada etapa siguiente sea 10 veces mayor que la etapa anterior, por lo que R2 = 10 * R1 y C2 = 1/10 de C1.

Resumen del filtro de paso alto

Hemos visto que el filtro de paso alto pasivo es exactamente lo opuesto al filtro de paso bajo. Este filtro no tiene voltaje de salida de CC (0Hz), hasta un punto de frecuencia de corte especificado ( ƒc ). Este punto de frecuencia de corte más bajo es 70.7% o -3dB (dB = -20log VOUT/ VIN) de la ganancia de voltaje que se permite pasar.

El rango de frecuencia «por debajo» de este punto de corte ƒc se conoce generalmente como la banda de parada, mientras que el rango de frecuencia «por encima» de este punto de corte se conoce generalmente como la banda de paso.

La frecuencia de corte, la frecuencia de esquina o el punto de -3dB de un filtro de paso alto se pueden encontrar usando la fórmula estándar de: ƒc = 1 / (2πRC). El ángulo de fase de la señal de salida resultante en ƒc es +45°. Generalmente, el filtro de paso alto produce menos distorsión que su filtro de paso bajo equivalente debido a las frecuencias de funcionamiento más altas.

Una aplicación muy común de este tipo de filtro pasivo, es en amplificadores de audio como un condensador de acoplamiento entre dos etapas de amplificador de audio y en sistemas de altavoces para dirigir las señales de frecuencia más alta a los altavoces de tipo «tweeter» más pequeños mientras se bloquean las señales de graves más bajos o son también se utilizan como filtros para reducir cualquier ruido de baja frecuencia o distorsión de tipo «retumbar». Cuando se utiliza así en aplicaciones de audio, el filtro de paso alto a veces se denomina filtro de «corte de graves» o «corte de graves».

El voltaje de salida Vout depende de la constante de tiempo y la frecuencia de la señal de entrada como se vio anteriormente. Con una señal sinusoidal de CA aplicada al circuito, se comporta como un simple filtro de paso alto de primer orden. Pero si cambiamos la señal de entrada a la de una señal en forma de «onda cuadrada» que tiene una entrada de paso casi vertical, la respuesta del circuito cambia drásticamente y produce un circuito conocido comúnmente como Diferenciador.

El diferenciador RC

Hasta ahora se ha asumido que la forma de onda de entrada al filtro es sinusoidal o la de una onda sinusoidal que consta de una señal fundamental y algunos armónicos que operan en el dominio de la frecuencia, lo que nos da una respuesta del dominio de la frecuencia para el filtro. Sin embargo, si alimentamos el filtro de paso alto con una onda cuadrada de señal que opera en el dominio del tiempo dando una entrada de respuesta de impulso o paso, la forma de onda de salida consistirá en pulsos o picos de corta duración como se muestra:

El circuito diferenciador RC

Cada ciclo de la forma de onda de entrada de onda cuadrada produce dos picos en la salida, uno positivo y otro negativo, y cuya amplitud es igual a la de la entrada. La tasa de caída de los picos depende de la constante de tiempo, el( RC valor) de ambos componentes ( t = R x C ) y el valor de la frecuencia de entrada. Los pulsos de salida se asemejan cada vez más a la forma de la señal de entrada a medida que aumenta la frecuencia.