En electrónica, cuando se trabaja con señales eléctricas como las medidas de un sensor o una señal de audio, es práctica habitual utilizar filtros. Estos filtros se utilizan para modificar estas señales con el fin de corregirlas, analizarlas o utilizarlas correctamente. Es lo que se conoce como tratamiento de señales.
Definición de señal electrónica
Una señal es la representación de la información que pasa por un sistema. Una señal electrónica está limitada físicamente en cuanto a precisión, velocidad y alcance. También puede verse modificada por perturbaciones externas. Por ejemplo, la medición de un sensor suele contener una perturbación que hace que el valor del sensor varíe en torno al valor medido. Esta perturbación se denomina ruido de medición y puede proceder de campos electromagnéticos y de la sensibilidad del sensor. Este ruido de medición debe despreciarse o eliminarse mediante un filtro para obtener un valor correcto.
En teoría, una señal puede tener una representación matemática simple como una función sinusoidal con una frecuencia y amplitud fijas. En la práctica, una señal puede describirse como una superposición de señales con frecuencias y amplitudes diferentes. Son los componentes espectrales.
Definición de filtro electrónico
En electrónica, un filtro es un elemento que modifica los componentes espectrales de una señal de entrada. Existen tres tipos principales de filtros
- filtros analógicos pasivos que utilizan componentes electrónicos pasivos (resistencias, condensadores, inductores)
- filtros analógicos activos que utilizan componentes electrónicos pasivos y activos (transistor, amplificador operacional, circuito integrado)
Con las señales analógicas, como la medida de un sensor o una señal de audio, es habitual encontrar filtros analógicos pasivos o activos. Pasivos para filtrar el ruido de la medición; activos para amplificar la señal. Una vez instalado el circuito que realiza el filtrado, la función de filtrado no puede modificarse.
- filtros digitales producidos mediante un procesador y un programa informático
Los filtros digitales se gestionan mediante código informático, por lo que no están grabados en piedra. Suelen utilizarse para procesar y analizar datos con el fin de resaltar determinadas características (colores en una imagen, frecuencia dominante en una señal, etc.).
Tipos de filtro
Hemos dicho que un filtro modifica los componentes espectrales de una señal. En otras palabras, amplifica, suprime o atenúa una señal en una frecuencia determinada. Los filtros pueden ser de distintos tipos según su función:
- paso bajo: atenuar las frecuencias altas
- paso alto: eliminar las frecuencias bajas
- paso banda: paso de una gama de frecuencias
- notch: atenuar una gama de frecuencias
Función de filtro
Los filtros electrónicos se utilizan en muchos sistemas electrónicos y a menudo son necesarios para que el sistema funcione correctamente. Un filtro permite:
- limpiar para obtener una mejor lectura de la señal
- eliminar un componente en una frecuencia no deseada porque es parásito o interfiere con el sistema
- corregir para obtener una señal coherente
Ejemplo de filtros analógicos
Los filtros analógicos se encuentran a menudo en los sistemas electrónicos audiovisuales. Imagina una radio en la que puedes realzar los agudos o los graves.
Ejemplo de filtros digitales con Arduino
Después de estas definiciones, he aquí algunos ejemplos comunes de procesamiento de señales con Arduino
Este filtro se utiliza para suprimir el ruido de transición en una señal digital, como la detección de la presión de un pulsador.
El algoritmo de la media móvil es una forma sencilla de crear un filtro de paso bajo y eliminar el ruido.