Filtros Activos y su Función

Filtros Activos y su función

Tipos de filtros activos

Filtros paso bajo y paso alto

• Filtros paso bajo (LPF): permiten el paso de frecuencias por debajo de una frecuencia de corte (Fc) y atenúan las superiores; por ejemplo, para eliminar ruido de alta frecuencia en audio.

• Filtros paso alto (HPF): bloquean las bajas frecuencias e ideal para proteger altavoces de señales subaudibles (< 40 Hz).

Filtros de banda: paso banda y banda eliminada

• Paso banda (BPF): deja pasar un rango específico entre FLF_LFL​ y FHF_HFH​, usado en ecualizadores de audio.

• Banda eliminada (Notch): atenúa únicamente un rango, como la frecuencia de red (50/60 Hz) para eliminar interferencias.

Características y aplicaciones

Claves en la limpieza de señales en instrumentación y telecomunicaciones, permiten extraer bandas útiles sin interferencias.

Filtros de orden superior y multietapa

Al encadenar etapas de segundo orden (por ejemplo, Sallen–Key), se obtienen pendientes de atenuación más pronunciadas (–40 dB/dec, –60 dB/dec…), ideales cuando se requiere un corte muy nítido.

Topologías de diseño de filtros activos

Topología Sallen–Key

Circuito VCVS (Voltage-Controlled Voltage Source) que utiliza un op-amp en configuración seguidor de tensión para implementar filtros de segundo orden de gran precisión y baja sensibilidad a tolerancias.

Topología de estado variable

Permite modular ganancia y frecuencia de corte de manera independiente, muy útil en sistemas de control y ecualización activa, facilitando ajustes “on the fly” sin alterar la fase de la señal.

Ventajas

• Ajuste dinámico de parámetros con potenciómetros o voltajes de control.

Ventajas de los filtros activos

Ganancia y factor Q

La inclusión de amplificación mediante amplificadores operacionales o transistores permite obtener ganancias en banda de paso mayores que en los filtros pasivos, optimizando el manejo de la corriente eléctrica sin recurrir a bobinas voluminosas. Esta ganancia adicional hace que el circuito pueda convertir la energía eléctrica de entrada en una señal filtrada y amplificada, útil por ejemplo en sistemas de motores de corriente continua (CC) donde se requiere un factor Q elevado para reducir fluctuaciones en el campo magnético generador.

 Además, gracias al diseño de filtros multietapa, se logran coeficientes de calidad (Q) elevadísimos que mejoran la selectividad sin aumentar significativamente la fuente de alimentación o el tamaño de los inductores —lo que prolonga la vida útil del circuito.

Rechazo de ruido y estabilidad

Los filtros activos ofrecen un rechazo de ruido superior al de los pasivos, corrigiendo en tiempo real las distorsiones armónicas en la red eléctrica y evitando que pasen a equipos sensibles como motores síncronos o motores de inducción. Gracias a su bajo nivel de ruido inherente y a la estabilidad de sus componentes, mantienen una respuesta plana en un amplio rango de temperatura, condición crítica en instrumentación y sistemas de medición industrial. Esto garantiza lecturas precisas en entornos SCADA y minimize el mantenimiento preventivo de equipos eléctricos.

Aplicaciones prácticas

Procesamiento de audio y telecomunicaciones

En ecualizadores y crossovers de altavoces, los filtros activos moldean la señal de audio, aislando frecuencias graves o agudas sin distorsión, ideal para sistemas de motores de corriente alterna (CA) en megafonía y amplificadores profesionales. En sistemas de radio y telecomunicaciones, los filtros paso banda garantizan el aislamiento de canales, evitando interferencias de señales cercanas y mejorando la recepción sin requerir inductores de gran tamaño.

Instrumentación y control industrial

En el acondicionamiento de señales de sensores y convertidores analógico–digital, los filtros activos eliminan ruidos de alta frecuencia y armónicos, entregando datos limpios para motores trifásicos y sistemas de control PID. Su capacidad de operar con corriente continua (CC) y baja impedancia de salida facilita la integración en fuentes de alimentación de instrumentación, garantizando un funcionamiento estable dependiendo del tipo de sensor o transductor.

Sistemas de energía y calidad de señal

Para la corrección del factor de potencia y la mitigación de armónicos, los filtros activos de armónicos inyectan corrientes compensatorias en la red eléctrica, protegiendo a los motores de corriente continua y motores de corriente alterna de sobrecalentamientos y fallas prematuras. En energías renovables (solar, eólica), los filtros notch eliminan la interferencia de la frecuencia de red (50/60 Hz), asegurando que los inversores entreguen una señal limpia y coherente con la red principal. 

Conclusión

 Los filtros activos son la columna vertebral de numerosos sistemas electrónicos, permitiendo un filtrado preciso, amplificación y versatilidad de diseño. Su implementación, aunque exige atención en selección de componentes y alimentación, ofrece beneficios claros en rendimiento y adaptabilidad, esenciales en industrias de audio, telecomunicaciones, control y energía.