Explicación Detallada del Principio y Función de los Filtros

Un filtro es un dispositivo utilizado para filtrar ondas, que típicamente cuenta con dos puertos: uno para señales de entrada y otro para señales de salida. Como un componente electrónico crítico, un filtro transmite energía de la fuente de alimentación a los equipos mientras atenúa significativamente las señales de interferencia electromagnética (EMI) transmitidas a través de la fuente de alimentación, protegiendo así el equipo. Además, controla eficazmente las señales de EMI generadas por el propio equipo, evitando que entren en la red eléctrica, contaminando el entorno electromagnético y dañando otros dispositivos. Entonces, ¿cómo funciona un filtro y cuáles son sus funciones? Este artículo presentará los principios, conceptos de filtrado y aplicaciones de los filtros.

Los filtros están compuestos principalmente por circuitos de filtrado de paso bajo formados por inductores y capacitores. Estos circuitos permiten el paso de corriente para señales útiles mientras atenuan significativamente las señales de interferencia de alta frecuencia. Dado que las señales de interferencia pueden ser de modo diferencial o de modo común, los filtros deben atenuar ambos tipos. Los principios básicos de filtrado incluyen:

(1) Utilizando la propiedad de los capacitores para permitir el paso de altas frecuencias y bloquear bajas frecuencias, las corrientes de interferencia de alta frecuencia en los cables de fase y neutro pueden ser dirigidas a tierra (modo común) o del cable de fase al cable neutro (modo diferencial).

(2) Aprovechando las características de impedancia de las bobinas inductivas para reflejar las corrientes de interferencia de alta frecuencia de vuelta a la fuente de interferencia.

(3) Utilizando ferritas de supresión de interferencias, que pueden absorber y convertir señales de interferencia dentro de ciertos rangos de frecuencia en calor. Se pueden colocar directamente cuentas o anillos de ferrita apropiados en cables que requieren filtrado según el rango de frecuencia de la señal de interferencia.

El filtrado es un concepto importante en el procesamiento de señales. El papel de un circuito de filtrado es minimizar los componentes de corriente alterna (CA) en un voltaje de corriente continua (CC) pulsante, reteniendo su componente de CC, reduciendo así el coeficiente de ondulación del voltaje de salida y suavizando la forma de onda.

En general, el filtrado se puede dividir en filtrado clásico y filtrado moderno.

El filtrado clásico es un concepto de ingeniería basado en el análisis y las transformaciones de Fourier. Según la teoría matemática avanzada, cualquier señal que cumpla ciertas condiciones puede considerarse como la superposición de un número infinito de ondas sinusoidales. En otras palabras, las señales de ingeniería son superposiciones lineales de ondas sinusoidales de diferentes frecuencias. Las ondas sinusoidales de diferentes frecuencias que componen la señal se llaman sus componentes de frecuencia o componentes armónicos. Un circuito que permite que solo los componentes de señal dentro de un cierto rango de frecuencia pasen normalmente mientras bloquea otros se llama filtro clásico o circuito de filtrado.

En el filtrado tanto clásico como moderno, los modelos de filtro son esencialmente los mismos (los filtros basados en hardware no han visto avances significativos). Sin embargo, el filtrado moderno incorpora muchos conceptos del filtrado digital.

(1) Separar señales útiles del ruido para mejorar la capacidad de anti-interferencia de la señal y la relación señal-ruido.

(2) Filtrando componentes de frecuencia no interesantes para mejorar la precisión del análisis.

(3) Aislar un único componente de frecuencia de componentes de frecuencia complejos.

Los filtros se utilizan para mejorar la calidad de la energía, la linealidad del circuito, reducir varios tipos de desorden, la interferencia de distorsión no lineal y la interferencia armónica. Para los sistemas de armas, los filtros se aplican en los siguientes escenarios:

(1) Además de instalar filtros de potencia en el sistema de distribución de energía principal y en los sistemas de subdistribución, se deben instalar filtros en la alimentación eléctrica que ingresa a todos los equipos. Es preferible utilizar filtros de línea a línea en lugar de filtros de línea a tierra.

(2) Para equipos sensibles a la interferencia de pulso y la interferencia transitoria, al utilizar un transformador de aislamiento para la alimentación, se debe agregar un filtro en el terminal negativo.

(3) Al suministrar energía a sistemas de armas que contienen dispositivos electro-explosivos, se deben instalar filtros. Si es necesario, también se deben agregar filtros a los conductores de los dispositivos electro-explosivos.

(4) Los filtros deben colocarse en las interfaces entre varios subsistemas o equipos para suprimir la interferencia y garantizar la compatibilidad.

(5) Las señales de control para equipos y subsistemas deben tener filtros o capacitores de derivación añadidos tanto en los extremos de entrada como de salida.

Este artículo resume los principios, conceptos de filtrado, parámetros, funciones y consideraciones de aplicación de los filtros. Con una amplia variedad de filtros disponibles, cada uno con diferentes características de rendimiento, seleccionar el filtro adecuado requiere una consideración integral del entorno operativo real del cliente y los requisitos de rendimiento para hacer una elección correcta, efectiva y confiable.