Diseño Filtros de paso bajo LC Las aplicaciones de frecuencia ultrabaja (ULF) (normalmente por debajo de 1 Hz) presentan varios desafíos únicos debido a la impracticabilidad de los componentes pasivos a dichas frecuencias. A continuación, se presentan los principales desafíos:

1. Valores de inductor (L) y condensador (C) imprácticamente grandes

La frecuencia de corte (\(f_c\)) de un filtro paso bajo LC viene dada por:

Para frecuencias ultrabajas (por ejemplo, 0,1 Hz), L y C deben ser extremadamente grandes (por ejemplo, Henrios y Faradios), lo que hace que los componentes pasivos sean voluminosos, costosos y con pérdidas.

2. No idealidades de los componentes

Problemas con el inductor:

Los inductores grandes sufren una alta resistencia de CC (DCR), lo que genera pérdidas I²R significativas.

La saturación del núcleo y la no linealidad en inductores grandes distorsionan el comportamiento de la señal.

La capacitancia parásita se vuelve problemática y afecta el rechazo de alta frecuencia.

Problemas con los condensadores:

Los condensadores electrolíticos (necesarios para una gran capacitancia) tienen una ESR (resistencia en serie equivalente) alta, lo que reduce la eficiencia del filtro.

La corriente de fuga y la absorción dieléctrica introducen errores en la integridad de la señal.

3. Sensibilidad a las tolerancias de los componentes

Pequeñas variaciones en L o C (debido a tolerancias de fabricación, deriva de temperatura o envejecimiento) provocan cambios significativos en la frecuencia de corte.

Conseguir una tolerancia estricta en componentes ultra grandes es difícil y costoso.

4. Mala respuesta transitoria y constantes de tiempo elevadas

La constante de tiempo del filtro (τ = L/R o RC) se vuelve extremadamente grande, lo que lleva a:

Tiempos de estabilización lentos (indeseables para respuestas escalonadas).

Retrasos de fase excesivos, lo que hace que el filtro no sea adecuado para sistemas de control en tiempo real.

5. Susceptibilidad al ruido y a las interferencias

En frecuencias ultrabajas, predomina el ruido 1/f (ruido de parpadeo), degradando la calidad de la señal.

Los inductores y condensadores grandes actúan como antenas y captan interferencias electromagnéticas (EMI).

6. A menudo se requieren soluciones alternativas

Debido a los componentes pasivos poco prácticos, los diseñadores a menudo recurren a:

Filtros activos (que utilizan amplificadores operacionales, OTA o giradores para simular valores L/C grandes).

Filtros de condensadores conmutados (para frecuencias de corte programables).

Filtrado digital (enfoques basados en DSP para un control preciso).

Conclusión:

Mientras Filtros LC Son simples y eficaces para frecuencias más altas, pero su uso en aplicaciones de frecuencias ultrabajas está limitado por el tamaño de los componentes, las pérdidas, las tolerancias y el ruido. Las técnicas de filtrado activo o el procesamiento digital de señales suelen ser mejores alternativas en estos casos.

Yun Micro, como fabricante profesional de componentes pasivos de RF, puede ofrecer filtros de cavidad de hasta 40 GHz, que incluyen filtro de paso de banda, filtro de paso bajo, filtro de paso alto y filtro de parada de banda.

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