¿Cuál es la diferencia entre un filtro de paso bajo y un circuito integrador? ¿Por qué dos nombres diferentes?

No creo que se pueda decir que un filtro de paso bajo y un integrador “no tienen diferencia”. Un filtro de paso bajo intentará reproducir en su salida la porción de baja frecuencia de cualquier señal que se aplique en su entrada. Eso significa que si aplica un voltaje de CC fijo distinto de cero a un filtro de paso bajo, producirá un voltaje de CC fijo proporcional en su salida. La misma señal aplicada a un integrador producirá un voltaje cada vez mayor, que aumentará a una velocidad que es proporcional al voltaje de CC aplicado, pero no se nivelará (sujeto, por supuesto, a las limitaciones del voltaje de la fuente de alimentación). Estos dos comportamientos son definitivamente diferentes, no “esencialmente lo mismo”.

Del mismo modo, un filtro de paso alto intentará reproducir en su salida la porción de alta frecuencia de cualquier señal que se aplique en su entrada. Esto significa que si aplica una señal de CA a una frecuencia superior a la frecuencia de corte del filtro de paso alto, producirá en su salida una señal proporcional a la señal de entrada. La misma señal aplicada a un diferenciador producirá una señal de CA cuya amplitud es proporcional a la tasa de cambio de la señal de entrada, no proporcional a la amplitud de la señal de entrada. Estos dos comportamientos son definitivamente diferentes, no “esencialmente lo mismo”.

El integrador es como el filtro de paso bajo, ya que atenúa las frecuencias más a medida que aumentan. Sin embargo, a diferencia del filtro de paso bajo, el integrador no tiene límite en cómo maneja las entradas de baja frecuencia, especialmente en CC. Esto es evidente en las siguientes funciones de transferencia para ambos …

Filtro de paso bajo:
Hs = 1 / (s + 1)

Integrador puro:
Hs = 1 / s

donde ‘s’ es la frecuencia compleja. Si aproximamos s para ser la frecuencia angular w, donde w = 2 * pi * f siendo f la frecuencia, para f = 1000hz tenemos:
Filtro de paso bajo: 1 / (6284 + 1) = 1/6285 = 1.5910899e-4
y
Integrador: 1/6284 = 1.5913431e-4

No mucha diferencia.

Sin embargo, si examinamos las mismas dos funciones a 1Hz, tenemos:
Paso bajo: 1 / (1 + 1) = 1/2 = 0.500
y
Integrador: 1/1 = 1.000

Ahora vemos que tenemos una gran diferencia, y yendo por debajo de 1Hz vemos una mayor diferencia.

En DC, que sería f = 0, vemos:
Paso bajo: 1 / (1 + 0) = 1.000
y
Integrador: 1/0 = infinito

Así que ahora vemos una gran diferencia en la respuesta. Entonces, en el dominio de la frecuencia hay mucha diferencia.

En el dominio del tiempo con una entrada de paso:
Paso bajo: f (t) = 1-e ^ (- t)
y
Integrador: f (t) = t

y si evaluamos estas dos funciones para t grande, vemos que:
Paso bajo: f (t) = 1
y
Integrador: f (t) = infinito

Así que nuevamente vemos una gran diferencia en las respuestas. Hasta el punto, el filtro de paso bajo siempre tiene una respuesta limitada, mientras que el integrador puede tener una respuesta infinita a una frecuencia muy baja (como DC) o después de que haya pasado un tiempo muy largo.

Para el filtro diferenciador vs paso alto, tenemos:

Pase alto: Hs = s / (s + 1)
Diferenciador: Hs = s

Al evaluar estos dos a frecuencia infinita, tenemos:
Paso alto: límite a medida que s se aproxima al infinito de s / (s + 1) = 1.000
Diferenciador: límite a medida que s se acerca al infinito de s = infinito

Entonces, vemos que el paso alto tiene una salida muy limitada, mientras que el diferenciador no.

En el dominio del tiempo con entrada de paso,
Pase alto: f (t) = e ^ (- t)
Diferenciador: f (t) = impulso en t = 0

Entonces, nuevamente vemos una gran diferencia en las respuestas.

Tenga en cuenta también que a medida que la constante que se muestra como ‘1’ en las dos funciones de transferencia del dominio de frecuencia puede reducirse, la respuesta se aproxima a la del integrador (o diferenciador). Por lo tanto, con una constante lo suficientemente pequeña obtenemos un integrador o diferenciador aproximado.

La explicación más simple es considerar principalmente los circuitos diferenciadores e integradores. Estos pueden ser de un diseño muy similar, basado en la constante de tiempo de los componentes, generalmente una resistencia y un condensador o inductor. Según la constante de tiempo calculada, la frecuencia de la forma de onda de entrada se diferenciará o integrará. Si la constante de tiempo es aproximadamente 1/10 de la frecuencia aplicada, es un diferenciador; Si la constante de tiempo es alrededor de 10x o superior, el circuito actúa como un integrador. Otras respuestas ya han señalado que el filtrado de paso alto / paso bajo está relacionado con el diferenciador y el integrador.

Estos términos son distintos y describen las propiedades de un filtro.

Un ‘filtro de paso bajo’ pasa señales por debajo de una frecuencia de corte y atenúa los componentes de frecuencia por encima de esa frecuencia.

Un ‘filtro de paso alto’ pasa señales por encima de una frecuencia de corte.

Un ‘filtro de paso de banda’ pasa señales dentro de una banda de frecuencia particular (de interés).

Un ‘diferenciador’ proporciona la derivada de la señal y tiene una respuesta de frecuencia particular [matemática] H_d (\ omega) = j \ omega [/ matemática]. Esto tiene una respuesta de magnitud que es proporcional a la frecuencia y una respuesta de fase de 90 grados.

Un ‘integrador’ proporciona la integral de la señal y tiene la respuesta de frecuencia [matemática] H_i (\ omega) = 1 / (j \ omega) [/ matemática]. Esto tiene una respuesta de magnitud que es el recíproco de la frecuencia, y una respuesta de fase de -90 grados. (Tiene ganancia infinita en DC).

Estas propiedades se pueden combinar en un solo filtro. Puede, por ejemplo, tener un ‘diferenciador de paso bajo’, que genera la salida de la derivada de la porción de baja frecuencia de la señal; o un ‘integrador de pase de banda’, que integra solo la banda particular de interés.

sí, son para los propósitos más prácticos, las mismas cosas. (por ejemplo, filtro de paso bajo = integrador)

Notará con bastante facilidad que si alimenta un filtro de paso bajo con un valor de CC, la salida del filtro aumentará linealmente (limitada por el cumplimiento de la tensión) como un integrador, porque de hecho, es un integrador.

El filtro de paso bajo es un circuito que permite que pase la frecuencia baja (más baja que un valor de corte).

Cuando este filtro de paso bajo funciona a una frecuencia más alta, se comporta como un integrador. ¡Por lo tanto, la estructura física de ambos es la misma pero las condiciones de operación son diferentes!

Un filtro funciona en el dominio de la frecuencia, mientras que un integrador funciona en el dominio del tiempo. Supongamos que tenemos un LPF con una frecuencia de corte en f. Hasta la región f, comenzará a funcionar como un integrador y comenzará a promediar la señal de entrada en el dominio de frecuencia mientras continúa actuando como un filtro de paso bajo.

Esto debería ayudar

¿Cuál es la diferencia entre un ‘integrador’ y un ‘filtro de paso bajo’ y ‘diferenciador’ y un ‘filtro de paso alto’?

Son fundamentalmente casi lo mismo, con la diferencia en las ganancias limitadas. Un integrador con ganancia limitada de baja frecuencia es un filtro de paso bajo y un diferenciador con ganancia limitada de alta frecuencia es un filtro de paso alto.
Otra diferencia que me gustaría agregar es que le interesará la región descuidada de la función integrador / diferenciador y la parte de ganancia plana para pasar frecuencias bajas / altas.

Lo llamas integrador si lo estás mirando en el dominio del tiempo.

Lo llamas filtro de paso bajo si lo miras en el dominio de frecuencia.

Lo mismo otra vez para hola pase y diferenciador.