¿Cómo funciona realmente un filtro? ¿Cómo puede un condensador y una resistencia pasar baja o alta frecuencia simplemente cambiando su lugar? ¿Cómo funcionan internamente?

Answer 1

La respuesta de Luciano Zoso es matemática, así que intentaré proporcionar una explicación intuitiva.

El filtro de paso bajo es probablemente más fácil de entender para los 2.

(Fuente: filtro de paso bajo)

Si su señal cambia lentamente, vout = vin, porque el capacitor tiene mucho tiempo para cargarse y descargarse para seguir la señal. Solo habría un ligero retraso. Imagine que tiene una señal extremadamente lenta (digamos 1 minuto por ciclo) y una pequeña capacitancia y resistencia. No tomará ningún tiempo cargar el condensador, por lo que su salida seguirá su entrada.

Si su señal cambia rápidamente (o R es grande y C son grandes), cuando su señal va por encima de vout (que es el voltaje a través del condensador), el condensador comenzará a cargarse. Cuando su señal va por debajo de vout, el condensador comenzará a descargarse.

Sin embargo, dado que la señal está cambiando rápidamente, el condensador no tiene tiempo para cargarse y descargarse completamente cada vez, por lo que aún obtiene algo que se parece a su señal en vout, pero con una amplitud más pequeña.

Si su señal cambia extremadamente rápido, el capacitor no tendrá tiempo para cargarse o descargarse, y su salida será casi de CC, al voltaje promedio de la entrada.

Si su señal tiene una combinación de componentes de alta frecuencia y baja frecuencia, ambas cosas suceden al mismo tiempo, y los componentes de alta frecuencia no pasan (tanto), y los componentes de baja frecuencia lo hacen. Así es como funciona un filtro de paso bajo.

El filtro de paso alto RC es un poco más difícil.

(Fuente: filtro de paso alto)

Si tiene una señal de baja velocidad, Vout será 0, porque esencialmente solo estamos cargando la descarga del condensador, muy lentamente. Nunca hay una corriente significativa a través de R.

Si tiene una señal de alta velocidad, el condensador debe cargarse y descargarse rápidamente, lo que significa que habrá mucha corriente yendo hacia y desde tierra, a través de la resistencia. Y como V = IR, ves una forma de onda en Vout.

Físicamente, lo que sucede es que cuando Vin sube, se acumulan muchas cargas positivas (estoy usando cargas convencionales / ficticias) en el lado de Vin de la placa del condensador, lo que significa que también necesitaremos muchas cargas negativas en el lado de Vout del plato. ¿De dónde vienen esos electrones? Desde tierra, a través de la resistencia. Los electrones (y, por lo tanto, la corriente) a través de la resistencia generan el voltaje de salida. Lo contrario sucede cuando Vin se vuelve negativo.

Esto es tan simple como puedo hacerlo.

Answer 2

Un filtro RC simple es básicamente un divisor de voltaje. Como la impedancia de un condensador es inversamente proporcional a la frecuencia, el factor de división cambia con la frecuencia.
En el caso del filtro de paso bajo, un terminal de la resistencia está conectado a la señal, mientras que la salida del filtro se toma a través del condensador. A medida que aumenta la frecuencia de la señal de entrada, el voltaje a través del condensador se vuelve cada vez más pequeño, porque la impedancia del condensador sigue disminuyendo. Esto significa que la atenuación del filtro aumenta con la frecuencia. Para una entrada de CC, el condensador se carga exponencialmente hasta que alcanza el mismo voltaje que la entrada. Para frecuencias extremadamente altas, el condensador actúa como un cortocircuito y, por lo tanto, no hay señal disponible en la salida.

En el caso del filtro de paso alto, un terminal del condensador está conectado a la señal, mientras que la salida está a través de la resistencia. A medida que aumenta la frecuencia de la señal de entrada, el voltaje a través de la resistencia se vuelve más y más alto, porque la impedancia del condensador sigue disminuyendo. Para una entrada de CC no hay salida, porque el condensador actúa como un circuito abierto para una señal de CC. Para frecuencias extremadamente altas, el condensador actúa como un cortocircuito y, por lo tanto, la señal de entrada está disponible en la salida casi sin atenuación.

Answer 3

La resistencia de la resistencia es R. Por lo tanto, la caída de voltaje a través de ella no se ve afectada por la frecuencia de la señal aplicada. Por otro lado, la resistencia (reactancia) del condensador es 1 / jw. Por lo tanto, el condensador proporcionará una pequeña resistencia a las señales de alta frecuencia y una alta resistencia a las señales de baja frecuencia. Entonces, la caída de voltaje a través del capacitor es alta para señales de baja frecuencia y baja para componentes de alta frecuencia.

En el filtro de paso bajo (LPF), la salida se mide a través del condensador. Por lo tanto, a baja frecuencia la salida será alta y a alta frecuencia la salida será baja y actúa como filtro de paso bajo.

En el filtro de paso alto (HPF), la salida se mide a través de la resistencia. Entonces la salida se da como

V (fuera) = V (total) – V (condensador)

Por lo tanto, utilizando el concepto mencionado para LPF, la salida a baja frecuencia es baja y a alta frecuencia es alta y, por lo tanto, actúa como filtro de paso alto.

Por lo tanto, el sistema funciona de la misma manera en LPF y HPF pero es la posición relativa de los componentes lo que crea la diferencia.

Answer 4

A frecuencias muy altas, el condensador actúa como un corto, es decir, la caída de voltaje a través de él es cero, mientras que en condiciones de CC el mismo condensador se comporta como un circuito abierto. Un filtro se construye como un divisor de voltaje con una resistencia y un condensador.