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CR · Respuesta en frecuencia

Decibelios y la asíntota de Bode

Para esbozar a mano y con rapidez la respuesta de un filtro, bastan dos rectas en lugar de la curva. En esta unidad verás el principio del diagrama de Bode: si la ganancia se pasa a decibelios y la frecuencia se extiende en escala logarítmica, la curva se vuelve casi recta.

Sustituye la curva por dos rectas

La curva dorada es la respuesta real, y las dos líneas verdes punteadas son las asíntotas que la sustituyen. Al cambiar la frecuencia, la diferencia entre ambas en el punto actual se marca con una barra roja; muy por encima o muy por debajo del corte casi se tocan, pero en un lugar se separan al máximo. Busca esa esquina donde se doblan las asíntotas, la frecuencia de corte.

Frecuencia ω / ω_cω/ω_c = 0.16
Diferencia curva-asíntota
gap = 0.11 dB
Lejos de la esquina

Los decibelios convierten multiplicar en sumar

El valor en decibelios es 20 veces el logaritmo decimal de la ganancia, dB = 20·log10|H|. Por ser un logaritmo, multiplicar ganancias equivale a sumar decibelios, así que al conectar dos etapas en serie el total en decibelios es la suma de los decibelios de cada etapa. Una ganancia de 1 (paso) son 0dB, una de 1/√2 (media potencia) son −3dB, una de 1/10 son −20dB y una de 1/100 son −40dB.

En ejes logarítmicos la curva se hace recta

Si la frecuencia se coloca en un eje logarítmico, los dos extremos de una respuesta de 1.er orden se vuelven rectos. Muy por debajo del corte la ganancia es casi 1, una recta horizontal en 0dB, y muy por encima la ganancia cae −20dB cada vez que la frecuencia se multiplica por diez, una recta de pendiente constante. Esas dos rectas son las asíntotas, y el punto donde se cortan es la frecuencia de corte. La curva real dobla esa esquina con suavidad.

En la esquina se desvía exactamente 3 dB

Las asíntotas dicen que en la esquina la respuesta se dobla en 0dB, pero allí la curva real ya ha bajado a −3dB. Por eso el lugar donde la aproximación recta falla más es justamente la frecuencia de corte, y el error ahí es exactamente 3dB. A una octava de la esquina, es decir, al doble o a la mitad, el error baja a 1dB, y más lejos es casi 0. Así que basta con trazar las dos asíntotas y hundir la esquina 3dB para que un diagrama de Bode dibujado a mano salga casi igual al real.

ObservadB = 20 · log10|H|
El decibelio es 20 veces el logaritmo de la ganancia.
Eligeω ×10 → ?
−20dB por década.
Completa0 dB × (−20/dec) = ?
El corte está donde se encuentran las dos rectas.
Por tu cuentaωc → gap = ?
El mayor error, en la esquina, es de 3dB.

De vuelta a la primera pantalla

Mientras cambiabas la frecuencia, la diferencia entre la curva real y las asíntotas era casi 0 lejos del corte, y llegó a su máximo, 3dB, en la frecuencia de corte. Es decir, en lugar de dibujar una curva bastaba con trazar dos rectas y hundir la esquina 3dB. Una vez que los decibelios y el eje logarítmico enderezan la curva, incluso una respuesta en frecuencia que parecía complicada se puede estimar rápido a mano.

El decibelio es una escala logarítmica que expresa la ganancia como dB = 20·log10|H| y convierte la multiplicación en suma. El diagrama de Bode de magnitud representa los decibelios frente a la frecuencia logarítmica. Una respuesta de 1.er orden se aproxima con dos asíntotas: 0dB por debajo del corte y −20dB/decade por encima. La esquina donde se cortan es la frecuencia de corte, y allí el error respecto a la curva real es máximo, exactamente 3dB.