Explicación intuitiva de los filtros.

El filtro de paso bajo RC (LPF) es el más simple de entender intuitivamente.

El condensador reacciona lentamente a la corriente que recibe, el voltaje aumentará lentamente. Si$V_{IN}$es un voltaje fijo, el voltaje a través del capacitor aumentará exponencialmente hasta que alcance$V_{IN}$. DC no se filtra en absoluto.

Si aplica una señal de CA, la corriente va y viene a través de la resistencia, cargando y descargando el capacitor. Si esto va lentamente, a baja frecuencia, el voltaje del capacitor puede seguir más o menos la carga y descarga, y su voltaje estará cerca del voltaje de entrada. Pero cuanto mayor sea la frecuencia, más rápido cambiará la dirección de la corriente, y el cambio tendrá lugar antes de que el capacitor esté completamente cargado. Entonces ya no se alcanza el voltaje de entrada. Para frecuencias muy altas, los cambios en la dirección de la corriente son tan rápidos que la amplitud del voltaje a través del capacitor es solo una fracción de la entrada.

Tenemos un filtro de paso bajo: las frecuencias bajas pasan con poca atenuación, mientras que las frecuencias más altas se atenúan más.

Los filtros LC son mucho menos intuitivos.

En este circuito paralelo, parte de la corriente circulará entre el inductor y el capacitor, y la corriente neta disminuirá cuanto más te acerques a la frecuencia de resonancia. A la frecuencia de resonancia, la corriente neta es incluso completamente cero, como si L y C no estuvieran allí.

De la misma manera, un circuito LC en serie formará una impedancia cero en la frecuencia de resonancia, como si solo hubiera una resistencia.

No estoy seguro de si esto se considera intuitivo o no, ¡pero supongo que ya veremos!

Los filtros RC/RL simples son bastante intuitivos una vez que comprende la respuesta básica de los capacitores e inductores a señales de varias frecuencias, lo que claramente entiende.
Los condensadores actúan (en su mayoría) como circuitos abiertos para señales de baja frecuencia y (en su mayoría) como cortocircuitos para señales de alta frecuencia, mientras que los inductores son lo contrario y pasan fácilmente las bajas frecuencias pero bloquean las altas.

De hecho, esto se puede ver por sus reactancias, XC para el capacitor y XL para el inductor:

donde ω es la frecuencia angular de la señal. Claramente, la reactancia del capacitor crece a medida que ω se contrae, y viceversa.

Conectemos un condensador a una resistencia:

Como se indicó anteriormente, para las señales de baja frecuencia, el capacitor actuará como un circuito abierto y la mayor parte del voltaje de entrada caerá a través de él, por lo que el filtro los pasa (si la salida se toma en el puerto de la derecha).
Para señales de alta frecuencia, ocurre lo contrario; el capacitor actúa como un cortocircuito, lo que hace que tenga poca o ninguna caída de voltaje, por lo que estas frecuencias son atenuadas por el filtro.

En un circuito RL, el inductor caerá poco o nada de voltaje para las señales de baja frecuencia, por lo que estas señales se atenuarán. A medida que las señales aumentan en frecuencia, la reactancia inductiva se convierte en un factor mayor, por lo que cada vez más la señal pasa al puerto de salida.

Y, por supuesto, podemos cambiar la posición de los dos elementos y tomar la salida a través del otro, para hacer filtros RC de paso bajo y paso alto, y también para filtros RL.

... Aunque sospecho que sabes tanto, si conoces la reactancia.

Aquí hay una explicación súper simplificada de un filtro RC o LC:

Primero, existe esta cosa llamada impedancia. La impedancia es lo mismo que la resistencia, excepto que depende de la frecuencia. Un inductor tiene una resistencia más baja a frecuencias bajas y una resistencia más alta a frecuencias más altas. Se invierte un capuchón, alta resistencia a bajas frecuencias.

Cuando haces un filtro, RC o LC, puedes imaginarlo como un simple divisor de voltaje hecho con dos resistencias. Pero, una de esas resistencias es realmente una L o una C, por lo que su "resistencia" variará con la frecuencia. Haciendo las matemáticas, puede averiguar cuál es la relación del divisor de voltaje "a diferentes frecuencias.

No entraré en matemáticas, ya que hay otras respuestas que hacen esto mejor que yo. Pero para una comprensión de alto nivel de lo que sucede dentro de un filtro LC o RC, esto servirá.

pero me preguntaba si eso podría explicarse físicamente.

Sí. Todos los componentes de RLC tienen equivalentes mecánicos, que también se pueden utilizar para fabricar filtros.

|-\/\/\-•-≡≡≡≡-E

Si conecta un resorte a un amortiguador, por ejemplo, y de repente empuja el extremo del resorte hacia adentro, el resorte se comprimirá, pero el otro extremo del resorte que está en el amortiguador no se moverá inmediatamente. Luego, el otro lado empujará más lentamente hacia el amortiguador, hasta que el resorte vuelva a su longitud original. Aplicó una función de paso al resorte, pero el punto en el que están conectados reaccionó solo a los componentes de baja frecuencia de su empuje. Esto es lo mismo que la respuesta de paso de un filtro de paso bajo: