Filtro activo con inductor y resistor en serie: ¿existen estos elementos?

Question

He visto (en línea) y en libros filtros activos básicos (involucrando un amplificador operacional) con una rama serie R C en el lado de entrada. Esta rama serie R C en el lado de entrada haría que el circuito sea un filtro pasaaltos. La configuración serie RC en la entrada es bastante comúnmente vista en línea. Sin embargo, no parece haber diagramas de circuitos en línea que involucren una serie R y L (resistor e inductor en serie) para la rama de entrada, como se muestra a continuación en el dibujo.

Probablemente hay algunas razones por las que no se ven diagramas como este en línea, en ningún lugar. No sé esas razones y definitivamente estoy interesado en saber por qué. ¿Alguien sabe por qué las configuraciones de amplificador operacional con entradas serie RL no se ven? ¡Gracias de antemano por cualquier comentario!

Answer 1

Los inductores suelen ser más caros, más voluminosos y menos ideales que los capacitores, por lo que generalmente se prefiere utilizar capacitores en lugar de inductores. Solo se pueden integrar valores muy pequeños en un IC, mientras que los valores útiles de los capacitores pueden ser integrados.

Sin embargo, la inductancia en serie se utiliza con frecuencia cuando los conductores entran en una caja apantallada o cuando las señales entran en un PCB. A veces como inductores, a veces como perlas de ferrita (que son inductivas en un rango de frecuencias) y a veces como filtros de modo común.

Answer 2

Además, si la fuente de alimentación se desconecta en el instante en que la corriente está pasando a través del inductor, el pico de voltaje inducido (posiblemente grande) podría dañar otros componentes. Agregar diodos de protección, etc., de una manera sencilla probablemente haría que la respuesta del circuito sea no lineal.

Los circuitos que utilizan condensadores son inmunes a problemas como los anteriores.

Nótese que al usar elementos de circuito activo como los amplificadores operacionales, es posible crear un "inductor virtual", como en este circuito de ejemplo. Tales inductores virtuales pueden tener un rango más amplio de valores y estar más cerca de componentes ideales que los inductores reales, no se ven afectados por campos magnéticos no deseados y no tienen los mismos problemas con altos contra EMFs. A menos que el comportamiento "no ideal" y/o no lineal de un inductor real sea esencial para que un circuito funcione correctamente, no es necesario utilizar un inductor en absoluto.

Answer 3

Las razones principales para no usar inductores en filtros es que son voluminosos. Ocupan una cantidad considerable de espacio en comparación con resistencias y capacitores si se realiza la fabricación. El costo también es un factor. También hay una razón fundamental para no usar inductores. Para un inductor, la impedancia aumenta con la frecuencia. Se comporta como un cortocircuito a bajas frecuencias y como un circuito abierto a altas frecuencias, lo cual puede plantear un problema para el usuario. Por lo tanto, la frecuencia de operación debe seleccionarse adecuadamente para un funcionamiento correcto.

Otras razones incluyen que se sabe que los inductores muestran efectos parásitos, es decir, si se pasa corriente a través de los inductores, se genera un campo magnético que puede cambiar la impedancia de otros componentes y, como resultado, la impedancia neta del circuito se ve alterada. Por lo tanto, la frecuencia de corte también cambia. Además, los inductores utilizados en circuitos no poseen mucha inductancia. Por lo tanto, si se van a utilizar en filtros, la frecuencia de corte no cambia mucho. Por lo tanto, la presencia de inductores en el filtro no marca mucha diferencia.

Los inductores son severamente no ideales en comparación con resistencias y capacitores y esta no linearidad puede plantear problemas al derivar la función de transferencia del filtro. Por último, los inductores generan interferencia electromagnética (EMI) más que los resistores y capacitores y también son más susceptibles a la EMI.

Pude encontrar una conexión R-L paralela en un filtro que es un FBP activo de primer orden y también un inductor en retroalimentación presente en un FBP en cascada activo de segundo orden.

Referencias

1. https://www.cs.cmu.edu/~tdear/ee/filters.pdf (imágenes)
2. http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/FilterBkgrnd/Filters.html
3. http://alignment.hep.brandeis.edu/Lab/Filter/Filter.html
4. https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/inductor-out-op-amp-in-an-introduction-to-second-order-active-filters/