Electrónica Analógica (II). Filtros Activos Universales (UAFs). Pàg.
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_________________ © Herminio Martínez. U. E. d’Electrònica Industrial. _________________
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Filtros Activos Universales (UAFs).
1.- Introducción.
Un grupo de circuitos de filtrado basado en amplificadores operacionales y redes
RC que realiza funciones de transferencia de segundo orden es aquél que utiliza como
bloques básicos de procesado los conocidos integradores (con y sin pérdidas) y
sumadores de tensión. Estos circuitos, en general, son conocidos como ‘filtros activos
universales’ (Universal Active Filters, UAF). El nombre que reciben viene dado por el
hecho de que permiten sintetizar las funciones de transferencia de segundo orden pasa–
bajos, pasa–altos, pasa–banda y elimina–banda en un único circuito con el empleo de un
número razonablemente pequeño de amplificadores operacionales (alrededor de tres o
cuatro). Conviene indicar que hoy en día existe una amplia variedad de circuitos activos
universales, entre los que cabe destacar:
Filtros de variable de estado inversor y no inversor.
Filtro bicuadrático o ‘biquad’ (estructura de Tow y Thomas).
Estructura de Akerberg y Mossberg.
Estructura TQE (Transimpedance Q–Enhancement).
Etc.
Las ventajas de este tipo de circuitos frente a los que utilizan un único
amplificador operacional (clásicamente las estructuras de Rauch y de Sallen–Key) se
pueden resumir en:
Menor sensibilidad de los parámetros del filtro (frecuencia de interés y factor de
calidad) respecto a variaciones o derivas de los valores de los componentes del
circuito.
Obtención de elevados factores de calidad (incluso de varias centenas), muy
superiores a los obtenidos con las estructuras con un único amplificador
operacional (con valores de, como máximo, alrededor de 20).
Facilidad de ajuste o sintonía de los parámetros del filtro (frecuencia de interés y
factor de calidad), con relativa independencia entre ambas sintonías.
Alta versatilidad, ya que, como se ha dicho anteriormente, permite sintetizar las
funciones de transferencia de segundo orden pasa–bajos, pasa–altos, pasa–banda
y elimina–banda en un único circuito con el empleo de un número
razonablemente pequeño de amplificadores operacionales.
Las primeras aplicaciones de los filtros activos universales consistieron en los
denominados computadores u ordenadores analógicos, empleados especialmente
durante las décadas de 1960 y 1970 para la simulación de sistemas de control, de
funciones matemáticas y de ecuaciones diferenciales. El nombre más extendido en esta
época fue el de ‘filtros de variable de estado’.
Electrónica Analógica (II). Filtros Activos Universales (UAFs). Pàg.
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2.- Filtros de Variable de Estado.
Básicamente, un filtro de variable de estado está formado genéricamente por un
lazo cerrado (evidentemente estable) que contempla un sumador de tensión y dos
integradores puros. El diagrama de bloques de la figura 1 muestra la estructura general
de un filtro de variable de estado:
1/Q
Input
Integrador
Inversor
Low-Pass
Output
Integrador
Inversor
Sumador
Band-Pass
Output
High-Pass
Output
+
-
-
K −∫
−∫
Σ
Fig. 1.- Diagrama de bloques de una estructura de filtrado de variable de estado.
Las dos implementaciones más conocidas de este diagrama de bloques están
dadas por los llamados ‘filtros de variable de estado con entrada inversora’ (inverted
input) y ‘con entrada no inversora’ (non-inverted input). La figura 2 muestra la
configuración con entrada inversora:
vLP(t)
-
+ OA2
RF
vHP(t) -
+ OA3
RF
-
+ OA1
RG
vin(t)
vBP(t)
C
C
R
R
R
RQ
Fig. 2.- Filtro de variable de estado en configuración de entrada inversora (inverted input).
Esta estructura presenta las funciones de transferencia LP, BP y HP del tipo:
En el caso del filtro pasa–bajos de segundo orden:
2
1
()
11 1
LP LP
OO
Hs K
ss
Q
ωω
=⋅
+⋅⋅+
(1)
