Indice degli argomenti

  • Introduzione

    Minimizza tutto Espandi tutto

    Introduzione ai Filtri Passivi e Attivi

    I filtri elettronici sono circuiti progettati per selezionare specifiche frequenze di un segnale, attenuando o eliminando quelle indesiderate. Sono utilizzati in applicazioni come audio, telecomunicazioni, elaborazione dei segnali e circuiti di alimentazione.

    I filtri si dividono principalmente in filtri passivi e filtri attivi, a seconda dei componenti utilizzati e delle prestazioni richieste.


    Filtri Passivi

    I filtri passivi sono costituiti esclusivamente da componenti passivi: resistenze (R), induttori (L) e condensatori (C).

    Caratteristiche principali:

    ✅ Non necessitano di alimentazione esterna per funzionare.
    ✅ Più semplici e robusti, con minori problemi di distorsione e rumore.
    ✅ Non possono amplificare il segnale, possono solo attenuarlo.
    ✅ Possono essere difficili da implementare a basse frequenze, poiché richiedono induttori di grandi dimensioni.

    Tipologie di Filtri Passivi:

    • Passa-basso: Lascia passare frequenze basse attenuando quelle alte.
    • Passa-alto: Lascia passare frequenze alte attenuando quelle basse.
    • Passa-banda: Seleziona un intervallo specifico di frequenze attenuando il resto.
    • Elimina-banda (notch): Attenua una particolare frequenza lasciando passare tutte le altre.

    Filtri Attivi

    I filtri attivi utilizzano componenti attivi come amplificatori operazionali (op-amp), transistor o circuiti integrati, insieme a resistenze e condensatori.

    Caratteristiche principali:

    ✅ Possono amplificare il segnale, oltre a filtrarlo.
    ✅ Non richiedono induttori, evitando problemi di peso e ingombro.
    ✅ Permettono maggiore controllo sulle frequenze di taglio e sulle caratteristiche del filtro.
    ✅ Richiedono alimentazione esterna per funzionare.

    Tipologie di Filtri Attivi:

    • Passa-basso attivo: Filtra le alte frequenze e può amplificare quelle basse.
    • Passa-alto attivo: Filtra le basse frequenze e amplifica quelle alte.
    • Passa-banda attivo: Seleziona una gamma di frequenze, amplificandola se necessario.
    • Filtro notch attivo: Sopprime una specifica frequenza indesiderata, utile nelle applicazioni audio e nelle telecomunicazioni.

    Applicazioni

    📡 Telecomunicazioni: Selezione delle bande di frequenza nei trasmettitori e ricevitori.
    🔊 Audio e Hi-Fi: Equalizzatori, crossover per altoparlanti, eliminazione del rumore.
    ⚡ Alimentazione e conversione di potenza: Filtraggio delle armoniche nei circuiti switching.
    📶 Strumentazione e misurazioni: Rilevamento di segnali specifici e riduzione del rumore nei sistemi di acquisizione dati.

    I filtri elettronici sono fondamentali in moltissimi ambiti, e la scelta tra passivo o attivo dipende dall'applicazione, dalle esigenze di amplificazione, dimensioni e precisione.


  • I filtri: cosa sono?

    I filtri sono dei quadripoli che, in regime alternato, sono in grado di lasciare passare o bloccare determinate frequenze del segnale di ingresso. Si dice, cioè, che sono circuiti selettivi nei confronti della frequenza.

    I filtri si dividono in:

    • FILTRI PASSIVI se contengono solo elementi passivi (resistori, induttori, condensatori)
    • FILTRI ATTIVI se contengono anche amplificatori di segnale

    Nei filtri passivi il guadagno G (definito come il rapporto tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso) può essere al massimo 1 (≤ 0 dB), mentre nei filtri attivi il guadagno dipende dall'amplificatore e può essere > 1 (> 0 dB) .

    Si definisce frequenza di taglio ft il valore di frequenza che divide l'intervallo di frequenze in cui il segnale passa inalterato (BANDA PASSANTE) dall'intervallo di frequenze in cui il segnale viene bloccato (BANDA OSCURA). Nell'intorno della frequenza di taglio esiste anche la BANDA DI TRANSIZIONE che divide  le 2 bande e crea una transizione più o meno netta a seconda del tipo di filtro.

    In base a come si comportano nei confronti della frequenza del segnale di ingresso i filtri possono essere:

    • PASSA-BASSO permette il passaggio di frequenze più basse della ft e blocca quelle più alte
    • PASSA-ALTO permette il passaggio di frequenze più alte della ft e blocca quelle più basse
    • PASSA-BANDA permette il passaggio di frequenze in un determinato intervallo e blocca le altre
    • ELIMINA-BANDA blocca il passaggio di frequenze in un determinato intervallo e lascia passare le altre

    Considerando il guadagno:

    \( G_v = \frac{V_o}{V_i} \Rightarrow G_{v|dB} = 20 \cdot Log ( \frac{V_o}{V_i}) \)

    in cui Vi rappresenta il segnale di ingresso e Vo il segnale di uscita, si ha che:

    • i filtri passa-basso hanno:
      • GV = 0 se la frequenza di ingresso > ft 
      • GV ≠ 0 se la frequenza di ingresso < ft 
    • i filtri passa-alto hanno:
      • GV = 0 se la frequenza di ingresso < ft 
      • GV ≠ 0 se la frequenza di ingresso > ft 
    • i filtri passa-banda hanno:
      • GV = 0 se la frequenza di ingresso è esterna ai valori ftL e ftH    
      • GV ≠ 0 se la frequenza di ingresso è interna ai valori ftL e ftH
    • i filtri elimina-banda hanno:
      • GV = 0 se la frequenza di ingresso è interna ai valori ftL e ftH    
      • GV ≠ 0 se la frequenza di ingresso è esterna ai valori ftL e ftH


  • Filtri passivi

  • Filtri attivi

  • Tipi di risposta in frequenza (Butterworth, Chebyshew, Bessel)

    A seconda del tipo di risposta in frequenza esistono 3 andamenti caratterizzati ciascuno da precise specifiche tecniche.

    Risposta alla Butterworth

    Questo tipo di filtri è caratterizzato da una risposta in ampiezza "massimamente piatta" in banda passante; ciò li rende ideali per applicazioni audio ad alta fedeltà in cui è fondamentale che il filtro amplifichi nello stesso modo tutti i segnali con frequenza compresa nella banda passante.

    Butterworth determinò che che i poli e gli zeri della fdt del filtro devono trovarsi equispaziati su una circonferenza di raggio opportuno considerandoli nel piano di Gauss.

    Risposta alla Chebyshew

    Questo tipo di filtro è caratterizzato da una risposta in ampiezza con oscillazioni costanti in banda passante (equi-ripple). In tal modo la pendenza in prossimità della frequenza di taglio è molto elevata.

    Risposta alla Bessel

    Questo tipo di filtro è caratterizzato da una risposta in fase pressoché  lineare in banda passante. In tal modo il filtro introduce un ritardo temporale uguale per tutti i segnali in banda passante; ciò li rende adatti all'utilizzo in telecomunicazioni in cui sono presenti molti filtri in cascata che renderebbero il ritardo temporale notevole.