Filtro de variable de estado

Un filtro de estado variable es un tipo de filtro activo en circuitos electrónicos. Consiste en uno o más integradores , conectados en alguna configuración de retroalimentación. Se utiliza esencialmente cuando se requiere un factor Q preciso , que otros filtros de orden múltiple no pueden proporcionar. ^[1] La implementación más común suma la señal de entrada con su integral y su integral doble, otra es una implementación basada en MDAC.

El ejemplo que se muestra a continuación puede producir salidas simultáneas de paso bajo , paso alto y paso de banda a partir de una sola entrada. ^[2] Este es un filtro de segundo orden ( biquad ). Su derivación proviene de la reorganización de la función de transferencia de un filtro de paso alto, que es la relación de dos funciones cuadráticas. La reorganización revela que una señal es la suma de copias integradas de otra. Es decir, la reorganización revela una estructura de filtro de variable de estado. Al usar diferentes estados como salidas, se pueden producir diferentes tipos de filtros. En ejemplos más generales de filtro de variable de estado, son posibles órdenes de filtro adicionales con más integradores (es decir, más estados).

La entrada de señal está marcada como V _en ; las salidas LP, HP y BP proporcionan las señales filtradas paso bajo, paso alto y paso de banda respectivamente. ^{[3] [4]}

Para simplificar, establecemos:

${\displaystyle R_{f1}=R_{f2}}$

$Estilo de visualización C_{1}=C_{2}}$

$Estilo de visualización R_{1}=R_{2}}$

Entonces:

${\displaystyle F_{0}={\frac {1}{2\pi R_{f1}C_{1}}}}$

${\displaystyle Q=\left(1+{\frac {R_{4}}{R_{q}}}\right)\left({\frac {1}{2+{\frac {R_{1}}{R_{g}}}}}\right)}$

La ganancia de banda de paso para las salidas LP y HP viene dada por:

${\displaystyle A_{HP}=A_{LP}={\frac {R_{1}}{R_{g}}}}$

Se puede observar que la frecuencia de operación y el factor Q pueden variarse de forma independiente. Esto y la capacidad de cambiar entre diferentes respuestas de filtro hacen que el filtro de estado variable sea ampliamente utilizado en sintetizadores analógicos .

Los valores para una frecuencia de resonancia de 1 kHz son R _f1 = R _f2 = 10k, C ₁ = C ₂ = 15nF y R ₁ = R ₂ = 10k.

Los filtros de estado variable se utilizan con frecuencia para modificar la respuesta de frecuencia en el procesamiento de señales de audio . En configuraciones de Q bajas, se utilizan a menudo en circuitos de ecualización paramétrica , y en configuraciones de Q altas o variables para crear módulos de filtro resonante en sintetizadores analógicos. Para el control manual de la frecuencia, Rf1 y Rf2 en la sección anterior se pueden reemplazar por un potenciómetro doble; y para el control de voltaje, los dispositivos U2 y U3 se pueden reemplazar por amplificadores controlados por voltaje o amplificadores de transconductancia operacional .

• Filtro lineal
• Filtro biquad

• Ficha técnica del filtro activo universal UAF42 de Texas Instruments
• Herramientas de diseño interactivo de Analog Devices