Appunti di elettronica: i filtri passivi

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

Per "filtri", in elettronica, si intendono quei circuiti fondamentali a far funzionare quasi tutti i dispositivi che usiamo ogni giorno. Essi vengono utilizzati per vari scopi in apparecchi come radioricevitori, televisori, computer ed persino elettrodomestici. Il filtro è un quadripolo che ha una coppia di terminali di ingresso ed una di uscita. Se in ingresso viene applicata una tensione sinusoidale, questa si trasferirà in uscita. Considerando i filtri analogici di tipo lineare, il segnale di uscita sarà ugualmente sinusoidale, ma sarà probabile che l'ampiezza e/o la fase potrebbero essere diversi rispetto a quella di ingresso. Le proprietà dei filtri sono caratterizzate dai diagrammi di Bode, che specificano in 2 distinti grafici l'andamento dell'ampiezza e della fase del segnale di uscita, in base alla frequenza del segnale sinusoidale di ingresso. In questi appunti a seguire verrà esaminata la differenza tra i filtri attivi e quelli passivi, oltre ad alcuni esempi di filtri passivi.

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Elementi

Un filtro elettronico lineare si differenzia in attivo e passivo. Nel primo caso conterrà internamente degli elementi cosiddetti "attivi", generalmente degli amplificatori operazionali, ovvero che permettono di amplificare la tensione e/o la corrente contenuta dallo stesso filtro. Diversamente, un filtro viene chiamato passivo se è costituito esclusivamente da elementi "passivi", come le resistenze (R), le induttanze (L) e le capacità (C). Un filtro passivo deve essere costituito almeno da due elementi di tipo diverso: una resistenza e una capacità (filtri RC); oppure una resistenza e una induttanza (filtri RL). Esistono anche filtri più complessi che utilizzano più di 2 elementi, e precisamente le induttanze, le resistenze e le capacità (filtri RLC).

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Frequenza

La frequenza di taglio dei filtri è un parametro di definizione delle proprietà del filtro stesso: infatti questa è la frequenza verso la quale il segnale di uscita risulta attenuato di 3 dB rispetto al suo livello in ingresso. Se andiamo al di là di questa frequenza la tensione del filtro scenderà con una pendenza in dipendenza del tipo di filtro. Le pendenze tipiche sono di 20, 40, 60 dB per decade ed oltre. La pendenza di 20 dB per decade si ottiene con un unico elemento reattivo (L o C), mentre le pendenze più considerevoli si otterranno solo con filtri passivi più complessi, utilizzando diversi elementi reattivi.

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Tipi

I filtri passivi si dividono in quattro tipi, in funzione della risposta in frequenza: i filtri "passa-alto", che permettono il passaggio delle alte frequenze, abbassando l'ampiezza delle frequenze al di sotto della frequenza di taglio; ed i filtri "passa-basso", che fanno passare dei segnali da frequenza zero di tensione continua fino alla loro frequenza di taglio, e solo dopo iniziano ad attenuarsi. Esistono anche i filtri "passa-banda" che sono filtri capaci di lasciare passare integri i segnali di frequenza contenuta entro un certo "range". Essi sono caratterizzati da due frequenze di taglio: una inferiore, al di sotto della quale inizia l'attenuazione, e una superiore. Infine ci sono i filtri "attenua-banda", che attenuano i segnali che hanno una frequenza compresa tra la frequenza di taglio inferiore e la frequenza di taglio superiore, lasciando passare inalterati i segnali al di fuori della banda attenuata. Questi tipi di filtri passivi si chiamano anche "notch", se la larghezza di questa banda attenuata è piuttosto stretta.

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