Aprende a pensar en el espacio de frecuencias. Esta es una de esas cosas que es difícil de ver en el dominio del tiempo, pero cae muy bien en el dominio de la frecuencia.
Una onda sinusoidal es una frecuencia única "pura". Un filtro RC es un sistema lineal que no puede distorsionarse, lo que significa que no puede crear frecuencias en la salida que no estén en la entrada. Cuando solo pones una frecuencia, la salida solo puede contener esa frecuencia. Las únicas preguntas son cuál será la amplitud relativa y el cambio de fase de entrada a salida.
La razón por la que una onda cuadrada no produce una onda cuadrada es porque una onda cuadrada contiene muchas frecuencias. Cada uno de ellos se puede atenuar y cambiar de fase de forma independiente. Cuando cambia la fuerza relativa y las fases de los armónicos, obtiene una señal de aspecto diferente en el dominio del tiempo.
Una onda cuadrada puede considerarse como la superposición de una serie infinita de senos. Estos son todos los armónicos impares (múltiplos enteros impares de la frecuencia fundamental). La amplitud de estos armónicos disminuye a frecuencias más altas.
Puede pasar una onda cuadrada a través de varios filtros de paso bajo RC en sucesión, cada uno con una frecuencia de caída muy por debajo de la frecuencia de onda cuadrada. Después de cada filtro, el resultado se parece cada vez más a un seno. Esto se debe a que dichos filtros atenúan las frecuencias altas más que las bajas. Esto significa que los armónicos de la onda cuadrada se atenúan más que los fundamentales. Si haces esto lo suficiente, los armónicos tienen tan poca amplitud en relación con lo fundamental, que todo lo que ves es lo fundamental. Esa es una frecuencia única, entonces un seno.
Adicional
No es así como reaccionaría cualquier filtro RC:
Para un filtro de paso bajo RC, cuando la frecuencia de entrada está muy por debajo del rolloff, la salida generalmente sigue a la entrada. Muy por encima de la frecuencia de caída, la salida es la integral de la entrada.
De cualquier manera, no habrá cambios repentinos en la pendiente de salida como muestra. No hay nada especial en el cruce de entrada por encima o por debajo de la salida, ya que esto ocurre sin problemas. Obtiene un punto de inflexión en la salida, pero es una joroba suave ya que la entrada se aproxima sin problemas antes y sale sin problemas después.
Puede ser instructivo escribir un bucle para simular esto usted mismo. Todo lo que tiene que hacer en cada paso es cambiar la salida por una pequeña fracción de la diferencia instantánea de la entrada menos la salida. Eso es. Luego, arroje una onda sinusoidal hacia él y vea cómo la salida sigue suavemente para hacer otro seno, aunque se retrasa en la fase y baja en amplitud.