1. Determinar según las características de frecuencia de la señal:

• Analizar el espectro de la señal:

Realice un análisis espectral de la señal de entrada para comprender la distribución de cada componente de frecuencia. Por ejemplo, en el procesamiento de señales de audio, el componente de frecuencia principal de la señal de voz suele estar entre unos pocos cientos y unos pocos miles de Hz. Si se desea eliminar la interferencia de ruido de alta frecuencia, la frecuencia de corte del filtro paso bajo puede ajustarse cerca del límite superior del componente de frecuencia principal de la señal de voz, por ejemplo, entre 3 kHz y 5 kHz, para conservar el componente principal y filtrar eficazmente el ruido de alta frecuencia.

• Determinar el ancho de banda de la señal:

Para señales con un ancho de banda específico, como las señales moduladas en sistemas de comunicación, la frecuencia de corte se determina en función de dicho ancho de banda. Si se trata de un filtro paso banda, la frecuencia de corte debe ajustarse en un rango que permita el paso preciso del ancho de banda de la señal. Por ejemplo, si el ancho de banda de una señal de comunicación es de 100 kHz a 200 kHz, la frecuencia de corte inferior del filtro paso banda puede ajustarse ligeramente por debajo de 100 kHz y la superior ligeramente por encima de 200 kHz para garantizar el paso completo de la señal y suprimir eficazmente las interferencias de otras bandas de frecuencia.

2. Determinar en función de los escenarios y requisitos de la aplicación:

• Requisitos antiinterferencias:

Si la función principal del filtro es la antiinterferencia, es necesario analizar el rango de frecuencia de la señal interferente. Por ejemplo, en el sistema eléctrico, las frecuencias comunes de interferencia armónica en la red eléctrica tienen una distribución específica, como el quinto armónico (250 Hz; la frecuencia de la red eléctrica de mi país es de 50 Hz), el séptimo armónico (350 Hz), etc. Para suprimir estas interferencias armónicas, la frecuencia de corte del filtro supresor de banda debe ajustarse cerca de la frecuencia armónica correspondiente, y el ancho de banda debe determinarse según el rango de frecuencia armónica que se necesita suprimir para atenuar eficazmente estas señales de interferencia.

• Requisitos de rendimiento del sistema:

En algunas aplicaciones que requieren velocidad de respuesta del sistema, la elección de la frecuencia de corte afectará el rendimiento dinámico del sistema. Por ejemplo, en el sistema de control, al utilizar un filtro paso bajo para filtrar la señal del sensor, si la frecuencia de corte se ajusta demasiado baja, la respuesta de la señal se ralentizará, lo que afectará el rendimiento del sistema en tiempo real; si se ajusta demasiado alta, el ruido podría no filtrarse eficazmente. En este caso, es necesario ajustar la frecuencia de corte según los requisitos generales del sistema en cuanto a velocidad de respuesta y supresión de ruido, y encontrar un valor adecuado mediante experimentos o simulaciones.

3. Determinar mediante fórmulas y gráficos de diseño de filtros:

• Cálculo teórico:

Para algunos tipos comunes de filtros, como los filtros Butterworth y los filtros Chebyshev, existen fórmulas de diseño que permiten calcular la frecuencia de corte según el orden de filtro, el tipo (paso bajo, paso alto, paso banda, filtro de banda eliminada) y las características de frecuencia deseadas. Por ejemplo, para un filtro paso bajo Butterworth, la frecuencia de corte real se puede calcular con base en su fórmula de diseño normalizada, combinada con el orden de filtro requerido y la frecuencia de corte de 3 dB (generalmente definida como la frecuencia cuando la ganancia del filtro disminuye a 0,707 veces).

• Gráficos de diseño de referencia:

Muchos manuales y materiales de diseño de filtros ofrecen diversas tablas de diseño, como curvas de respuesta en frecuencia, curvas características de atenuación, etc. Consultando estas tablas, se puede determinar la frecuencia de corte adecuada según los requisitos de la aplicación (como la ganancia de banda de paso requerida, la atenuación de la banda de rechazo, etc.). Por ejemplo, al diseñar un filtro paso banda, al consultar la tabla de respuesta en frecuencia del filtro paso banda, se determina el rango de frecuencia de corte que cumple con los requisitos de planitud de ganancia en la banda de paso y la atenuación de la banda de rechazo.

4. Determinar mediante experimentos y depuración:

• Construya un circuito de prueba:

En aplicaciones reales, construya un circuito de prueba con un filtro, introduzca la señal real o la señal generada por la fuente de señal analógica y observe sus características de frecuencia midiendo la señal de salida del filtro. Utilice un equipo de prueba, como un analizador de espectro, para analizar el espectro de la señal de salida y ajustar la frecuencia de corte según los resultados. Por ejemplo, al depurar un filtro paso bajo para eliminar el ruido de la fuente de alimentación, modifique gradualmente la frecuencia de corte del filtro, observe el nivel de ruido de la señal de salida de la fuente de alimentación y encuentre el punto de frecuencia de corte con el mejor efecto de supresión de ruido.

• Optimización y ajuste:

Durante la prueba, puede ser necesario ajustar la frecuencia de corte y otros parámetros del filtro (como el orden de los filtros, los valores de capacitancia e inductancia, etc.) varias veces para lograr el mejor efecto de filtrado. Al mismo tiempo, considerando el impacto de los errores de los componentes y los factores ambientales del circuito real en el rendimiento del filtro, la frecuencia de corte adecuada se determina finalmente mediante experimentos repetidos y optimización.