In breve: I circuiti reagiscono in modo diverso al variare della frequenza del segnale. I filtri passivi sfruttano questo comportamento per selezionare alcune frequenze.
Introduzione semplice
Un circuito elettrico può ricevere segnali di tipo diverso. Alcuni segnali sono continui, altri variano nel tempo.
Quando il segnale è alternato, ha una frequenza misurata in hertz. La frequenza indica quante volte il segnale si ripete in un secondo.
Componenti come condensatori e induttori si comportano in modo diverso al variare della frequenza. Questo comportamento è alla base dei filtri.
Spiegazione principale
Lo studio in frequenza serve a capire come un circuito risponde a segnali diversi. Si analizza l'uscita rispetto all'ingresso al cambiare della frequenza.
La forma d'onda più studiata è la sinusoide. Altre forme comuni sono l'onda quadra e l'onda triangolare.
Il condensatore lascia passare meglio le frequenze alte. L'induttore, invece, lascia passare meglio le frequenze basse. Le resistenze non dipendono dalla frequenza.
Un filtro passivo è un circuito che usa solo resistenze, condensatori e induttori. Non ha bisogno di alimentazione esterna.
Esistono quattro tipi principali di filtri passivi:
- Passa-basso: lascia passare le frequenze basse e blocca quelle alte.
- Passa-alto: lascia passare le frequenze alte e blocca quelle basse.
- Passa-banda: lascia passare solo un intervallo di frequenze.
- Elimina-banda: blocca solo un intervallo di frequenze.
La frequenza che separa zona di passaggio e zona di blocco si chiama frequenza di taglio.
Esempi / come si fa
Un esempio quotidiano è la cassa di un impianto audio. Il woofer riceve i suoni bassi grazie a un filtro passa-basso. Il tweeter riceve i suoni alti grazie a un filtro passa-alto.
Un filtro passa-basso semplice si costruisce con una resistenza e un condensatore in serie. L'uscita si prende ai capi del condensatore.
Per analizzare il filtro si possono seguire questi passaggi:
- Disegnare lo schema con resistenza e condensatore.
- Applicare un segnale sinusoidale in ingresso.
- Misurare l'ampiezza dell'uscita a diverse frequenze.
- Riportare i valori su un grafico ampiezza-frequenza.
Il grafico ottenuto si chiama diagramma di risposta in frequenza. Mostra come il filtro attenua il segnale al variare della frequenza.
Parole difficili
- Frequenza: numero di ripetizioni del segnale in un secondo, misurata in hertz.
- Sinusoide: forma d'onda regolare che varia in modo dolce e periodico.
- Condensatore: componente che immagazzina energia in un campo elettrico.
- Induttore: componente che immagazzina energia in un campo magnetico.
- Frequenza di taglio: frequenza che separa la zona di passaggio da quella di blocco.
- Attenuazione: riduzione dell'ampiezza del segnale in uscita rispetto all'ingresso.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.sistemi-e-automazione.cl3.elettrotecnica.03