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CR · Respuesta en frecuencia

Frecuencia de corte y el paso-bajo de primer orden

Incluso un mismo circuito RC deja pasar una señal en distinta medida según su frecuencia. En esta unidad verás cómo leer la frecuencia de corte, la frontera entre lo que el circuito deja pasar y lo que empieza a bloquear.

Las bajas pasan, las altas se bloquean

El eje horizontal de la gráfica es la frecuencia en escala logarítmica, y el vertical es la ganancia, el cociente entre el tamaño de la salida y el de la entrada. Al subir la frecuencia de baja a alta, al principio la salida casi iguala a la entrada y luego va disminuyendo; busca la frecuencia de corte en la que la ganancia cae a 1/√2, es decir, −3dB. La marca inferior del eje vertical señala exactamente esa altura.

Frecuencia ω / ω_cω/ω_c = 0.20
Ganancia de paso
|H| = 0.981 · -0.2 dB
Lejos del corte

El condensador crea un divisor que depende de la frecuencia

Si se conectan una resistencia y un condensador en serie y se toma la salida en el condensador, ambos forman un divisor de tensión que se reparte la tensión. Pero la impedancia del condensador, 1/ωC, es inversamente proporcional a la frecuencia. Por eso a bajas frecuencias el condensador se queda con casi toda la tensión y la salida se parece a la entrada, mientras que a altas frecuencias su parte se reduce y la salida se encoge.

La frecuencia de corte ω_c = 1/RC

La frontera es la frecuencia en la que la resistencia y el tamaño de la impedancia del condensador se igualan. Ese punto es ω_c = 1/RC, y como las dos impedancias tienen el mismo tamaño pero forman un ángulo recto, la salida cae a 1/√2 ≈ 0,707 veces la entrada. En potencia es la mitad, por eso se llama punto de −3dB, y en fase la salida va exactamente 45 grados por detrás de la entrada.

Por encima del corte cae con pendiente fija

Por encima del corte, cada vez que la frecuencia se multiplica por diez la ganancia cae a 1/10, es decir, −20dB. Esa pendiente constante es la seña de un filtro de 1.er orden. Esta gráfica dibuja la ganancia tal cual en el eje vertical, por eso se ve curva, pero en un diagrama de Bode con el eje vertical también en dB, una recta plana y una recta que cae a −20dB/decade se encuentran en una esquina, y esa esquina es justamente la frecuencia de corte.

Observa|H| = 1/√(1+(ω/ωc)²)
La ganancia baja al subir la frecuencia.
Eligeωc = ?
Es donde las dos impedancias se igualan en tamaño.
Completaω = ωc → |H| = ?
Mismo tamaño en ángulo recto → 1/√2.
Por tu cuentaω = ωc → φ = ?
En el corte, la salida va 45 grados por detrás.

De vuelta a la primera pantalla

Al subir la frecuencia, la ganancia empezó plana, se dobló cerca del corte y cayó; justo en ω_c = 1/RC la salida valía 0,707 veces la entrada, −3dB. Por encima siguió cayendo de forma constante, −20dB por década. Que un mismo circuito deje pasar o bloquee según la frecuencia que se le envía queda resumido en una sola frecuencia de corte.

Un filtro paso bajo de 1.er orden es un divisor RC con ganancia |H| = 1/√(1+(ω/ωc)²). En la frecuencia de corte ωc = 1/RC la salida cae a 1/√2 (−3dB) de la entrada y la fase llega a −45 grados. Por encima, la ganancia baja con una pendiente constante de −20dB/decade, de modo que el filtro deja pasar las frecuencias bajas y bloquea las altas.