INFORME Practica 5

5/14/2018 INFORME Practica 5 - slidepdf.com

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UNIVERSIDAD FERMÍN TORO

F ACULTAD DE INGENIERÍA

C ABUDARE – ESTADO L ARA

.

Integrantes:

Marylluly Camargo

Ynes Polini

Rosa Pérez



Barquisimeto, Febrero del 2012. Marco Teórico

Filtros Activos

Los filtros son circuitos capaces de controlar las frecuencias permitiendoo no el paso de estas dependiendo de su valor.

Se llaman activos ya que constan de elemento pasivos (células R-C) yelementos activos como el OP-AMP ya estudiado. Las células R-C estáncompuestas por una resistencia y un condensador (en las estructuras a tratar) ydependiendo del número de estas células usadas se determinara el orden del

filtro así como su respuesta y su calidad.El funcionamiento de las células se basa principalmente en su actuación comodivisor de tensión. Al aumentar la frecuencia de señal, la reactancia delcondensador disminuirá y entrara más o menos tensión al OP-AMP,dependiendo de si pasa altos o pasa bajos respectivamente.

Para cualquier tipo de filtros se emplean las siguientes definiciones:

Frecuencia de corte: es aquella en que la ganancia del circuito cae a -3 db por

debajo de la máxima ganancia alcanzada. En los filtros pasa y elimina banda,existen dos: una superior y otra inferior. Banda pasante: conjunto de

frecuencias de ganancia superior a la de corte en un margen menor o igual a 3dB.

Calidad: especifica la eficacia del filtro, es decir, la identidad de su respuesta.Se mide en dB / octava; dB / década .lo ideal sería que tomara un valor deinfinito.

Tipos de filtros

Filtro para bajo:Los filtros activos se diferencian de los filtros comunes, en que estos últimosson solamente una combinación de resistencias, capacitores e inductores. En unfiltro común, la salida es de menor magnitud que de la entrada.

En cambio los filtros activos se componen de resistores, capacitores ydispositivos activos como Amplificadores Operacionales o transistores.

En un filtro activo la salida puede ser de igual o de mayor magnitud que la deentrada.

http://www.monografias.com/trabajos/celula/celula.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO

http://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/cambcult/cambcult.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/factorpotencia/factorpotencia.shtml#como

http://www.monografias.com/trabajos14/factorpotencia/factorpotencia.shtml#como

http://www.monografias.com/trabajos14/cambcult/cambcult.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO

http://www.monografias.com/trabajos/celula/celula.shtml



Filtro activo paso bajo con amplificador operacional

Curva de respuesta de un filtro paso bajo.

Las líneas discontinuas representan el filtro paso bajo lineal

Si se seleccionan los capacitores de modo que: C1 = C2 = C y R1 = R2 = R3 =

R El valor de la frecuencia Fc (frecuencia de corte) se puede obtener con ayudade la siguiente fórmula: Fc = 0.0481/RC.

Y la ganancia del filtro (acordarse de que es un amplificador) será: Av = Vo /

Vin = R2/R1.

Si se expresa esta ganancia en decibeles: Av = 20Log Vo / Vin o Av = 20Log R2 / R1.

Filtro paso alto:Es el que permite el paso de frecuencias desde una frecuencia de cortedeterminada hacia arriba, sin que exista un límite superior especificado.Presentan ceros a bajas frecuencias y polos a altas frecuencias.

Un filtro paso alto (HPF) es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta enfrecuencia se atenúan los componentes de baja frecuencia pero no las de altafrecuencia, esta incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta p bajafrecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación.



Un ejemplo de filtro activo paso alto. Un amplificador operacional (el elementoactivo) .

El filtro paso alto más simple es un circuito RC en serie en el cual la salida es lacaída de tensión en la resistencia.

Si se estudia este circuito (con componentes ideales) para frecuencias muybajas, en continua por ejemplo, se tiene que el condensador se comporta comoun circuito abierto, por lo que no dejara de pasar corriente a la resistencia, y sudiferencia de tensión será cero. Para una frecuencia muy alta, idealmenteinfinita, el condensador se comportara como un cortocircuito, es decir, como sino estuviera, por lo que la caída de tensión de la resistencia será la mismatensión de entrada, lo que significa que dejaría pasar toda la señal, por otraparte, el desfase entre la señal de entrada y la de salida sí que varia, comopuede verse en la imagen.

El producto de la resistencia por condensador (R x C) es la constante detiempo, cuyo reciproco es la frecuencia de corte, es decir, donde el modulo dela respuesta en frecuencia baja 3db respecto a la zona pasante:

Donde fc es la frecuencia de corte en hercios, R es la resistencia en ohmios y Ces la capacidad en faradios.

El desfase depende de la frecuencia f de la señal y seria:

Características

El filtro analógico es utilizado para eliminar componentes de frecuencia

de una señal. El mismo es útil cuando la señal a medir, tiene un contenido de

frecuencia que es diferente a las frecuencias de señales indeseables y que porlo tanto se necesitan eliminar. Ejemplos de ellas son: la interferencia

http://www.monografias.com/trabajos7/imco/imco.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/imco/imco.shtml



proveniente de las líneas de potencia, el ruido térmico etc... El filtro analógico

también sirve, para eliminar el efecto alias que se origina al muestrear la señal.

Las características generales de los filtros analógicos son las siguientes:

1. La banda de paso, está formada por el rango de frecuencias que pasan

sin ser filtradas.

2. La variación de la ganancia de voltaje en la banda de paso.

3. La banda de rechazo, está formada por el rango de frecuencias que

son rechazadas.

4. El rechazo incompleto de frecuencias en la banda de rechazo.5. La región de transición, comprendida entre la banda de paso y la

banda de rechazo en la cual la ganancia cae de uno a cero.

6. La frecuencia de corte o de esquina, donde la amplitud cae en 3.01

dB (un factor de ) de su valor en la banda de paso.

7. El desfasaje, entre la entrada y la salida como una función de la

frecuencia.

Clasificación

Dependiendo del rango de frecuencias de la banda de paso, los filtros se

clasifican en:

Filtros pasa bajas, permiten el paso de frecuencias que estén por debajo de

una frecuencia de corte especificada y atenúa las frecuencias que estén por

arriba de dicha frecuencia.

Filtros pasa altas, permiten el paso de frecuencias que estén por encima de

una frecuencia de corte y atenúa las frecuencias que estén por debajo de dicha

frecuencia.

Filtros pasa banda, tienen una banda de paso entre dos frecuencias de corte,

una inferior y otra superior.

2



Filtros ranura, rechaza una banda estrecha de frecuencias y deja pasar las

otras. En particular es útil para eliminar una frecuencia específica (por ej. 60

Hz).

DEFINICIÓN DE HISTÉRESIS.

Existe una técnica estándar que sirve para mostrar el comportamiento deun comparador por medio de una sola grafica en vez de dos.

Al graficar Ei en el eje horizontal y Vo en el vertical se obtiene lacaracterística de voltaje de entrada y salida como se muestra en la figuraanterior. Cuando Ei<VLT; Vo=+Vsat. La línea vertical A muestra que Vo va de+Vsat conforme Ei se va haciendo mayor que VUT. La línea vertical B muestra a Vo cambiando desde – Vsat hasta +Vsat cuando Ei se vuelve menor que VLT. Ladiferencia de voltajes entre VUT y VLT se denomina voltaje de histéresis

(VH).

Siempre que un circuito cambia de un estado a otro con cierta señal yluego regresa del segundo al primer estado con una señal de entrada diferentese dice que el circuito presenta histéresis. En el caso del comparador conretroalimentación positiva la diferencia entre las señales de entrada es lasiguiente:

LT UT H V V V



Si el voltaje de histéresis esta diseñado para que sea mayor que el voltajede ruido pico a pico no habrá cruces falsos en la salida. Por consecuencia VLTindica que tanto ruido pico a pico es capaz de soportar el circuito.



Desarrollo de Actividades

Practica 5

Diseño de filtros y comparadores

Actividad 1Diseñe un filtro de ganancia db que permita pasar un espectro defrecuencia de ancho de banda 10khz y frecuencia central de 100khz

Datos:

Bw=150 Khz

Fc=200 Mhz

G=6,02 db. Se utiliza la siguiente fórmula: db= 10Log( G) VoltajeDb=10 Log(6)=7.78

Formulas

En nuestro caso tenemos el valor de fm=200MhZ

El valor a ganancia a frecuencia central:



El valor de Q=

Debemos especificar fm y C y entonces resolver R

El valor de los de la parte condensadores fijados a 10nF

Como R2 depende de Q y de Am, tenemos dos opciones a la hora de resolverlo.Una fijando la ganancia a frecuencias medias y la otra sería especificando unfactor de calidad determinado. R

11,6



Diseño Realizado en Proteus



ACTIVIDAD 2DISEÑE UN FILTRO PASABAJO DE FRECUENCIA DE CORTE DE200KHZ

El filtro pasa bajos es el que permite atravesar por él todas las

frecuencias inferiores a una llamada de corte que se define como lafrecuencia a la que la señal de salida desciende 3 decibelios conrespecto a la de entrada.

Dentro del mundillo de las comunicaciones radioeléctricas, este tipo de filtros seestán utilizando por sus ventajas demostradas como supresores de armónicos,pero yo pretendo utilizarlo en el espectro de bajas frecuencias con similarresultado.

Los filtros pasabajos pueden ser de primer orden cuando su curvacaracterística presenta una pendiente de 6 decibelios por octava por encima dela frecuencia de corte, de segundo orden o grado si reducen su amplificación 12decibelios por octava que aumenta la frecuencia, o lo que es lo mismo, 40decibelios por década. Como me interesa una curva de respuesta lo más idealposible, en la que su derivada sea grande, es decir, su pendiente sea elevada,elegiré un filtro de segundo grado.DATOS:

FC=200KHZ

Se utilizara para realizar el diseño el filtro de buettework, el cual se utiliza la siguiente tabla:

Ganancia 1 2 4 6 8 10R1 1.44 1.12 0,824 0,617 0,521 0,462R2 3,399 2,250 1,53 2,051 2,429 2,742R3 ABIERTO 6,752 3,148 3,203 3,372 3,560R4 0 6,75 9,44 16,012 23,602 32,038c1 0,33C C 2C 2C 2C 2C



EN ESTE CASO SE USA UNA GANACIA DE se utilizaran para el diseño losvalores de las resistencias y condensadores siendo c1=c2 se le asigno valores0.01µf

Según la tabla 2*0.01 µf =0,20 µf

Ahora se confirma la ganancia k=

EL DISEÑO ES EL SIGUIENTE:



ACTIVIDAD 3DISEÑE UN FILTRO PASALTO DE FRECUENCIAS DE CORTE DE 100KHZ

El diseño realizar corresponde de filtros de paso alto de segundo orden: según

la tabla la ganancia corresponde a 1

Ganancia 1 2 4 6 8 10R1 2.328 1.989 1.141 0,786 0,644 0,561R2 13,220 1,556 1,348 1,957 2,38 2,742R3 ABIERTO 7,069 3,320 3,292 3,4 3,670R4 0 7,069 9,95 16,460 24,261 33,031c1 0,1C C 2C 2C 2C 2C

El valor del condensador se eligió de 0,022 F

K=-0,022F/0,022F=1C2=0.1 c



Diseño realizado en proteus



Actividad 4

Diseñe un comparador de histéresis con voltajes de referenciasumbral 2v

Un amplificador operacional por sí mismo, puede ser usado como uncomparador. Las terminales de entrada comparan dos voltajes, y la salida es+15 V o - 15V, dependiendo de que le voltaje de entrada sea el más grande.

Los compradores o detectores es una clase especial de amplificador, en el cualla salida en voltaje proporciona información acerca del estado de la señal deentrada (un voltaje desconocido) con respecto a un voltaje de referencia.

Un amplificador operacional, tiene dos entradas, y que el voltaje de salida esproporcional a la diferencia entre el voltaje de la entrada no inversora (+) y elde la inversora (-), es posible usar este dispositivo como comparador ya que laúnica función que realizan los amplificadores operacionales es:

Vo = (+V) - (-V) Ao

La histéresis se consigue mediante una realimentación positiva a frecuencianula (DC). Esta realimentación puede estar presente en el interior del

comparador o se puede añadir externamente, lo que nos permitirá controlar lascaracterísticas del ciclo de histéresis.

En el esquema hemos incluido un circuito limitador que en algunos casos podríano estar presente. Observemos que se trata de un comparador y no de unamplificador ya que la realimentación se hace hacia la entrada positiva. Para



analizar estos circuitos y encontrar los umbrales de su ciclo de histéresis, VTH yVTL , partimos de considerar que en la salida sólo se pueden tener dostensiones posibles, que serán +VZ y -VZ , e intentaremos encontrar la tensiónen la entrada, VI , que hace que la entrada positiva, VX , tenga la misma tensiónque la entrada negativa (en este caso 0V), ya que esta es justo la tensión a la

que cambiará la salida del circuito.

En el diseño se utilizaron 15 v

LOS CALCULOS SON LOS SIGUIENTES:Los diodos zener actuaran sobre la tensión de salida Vs fijándola a + 10V o -10V según sea el caso.

( )

( )

La tensión de histéresis podremos expresarla a partir de las ecuacionesanteriores Vhasup y Vhainf2. Vha= 2-(-2)=4vEl voltaje de histéresis es= 4v

EL DISEÑO DE UN COMPRADOR DE HISTERIS CON VOLTAJE DEREDERENCIA UMBRAL DE 2 V ES:



La señal de entrada y de salida es la siguiente:



Conclusión

En ésta práctica analizamos y comprendimos el uso de los filtros, loscuales son utilizados para eliminar componentes de frecuencia de una señal.

El mismo es útil cuando la señal a medir, tiene un contenido de frecuencia

que es diferente a las frecuencias de señales indeseables y que por lo tanto

se necesitan eliminar. Ejemplos de ellas son: la interferencia proveniente de

las líneas de potencia, el ruido térmico etc..

Revisamos los diferentes tipos de filtros ddependiendo del rango de

frecuencias de la banda de paso, en los cuales están: Filtros pasa bajas,

Filtros pasa altas, y Filtros pasa banda.

También vimos el comparador, su funcionamiento y su aplicación, en

este caso, analizamos a los comparadores con histéresis.

Observando las gráficas obtenidas, podemos afirmar que nuestros

resultados prácticos, resultaron muy similares a los valores esperados

teóricamente.

En general se puede decir que los objetivos de la práctica secumplieron, ya que logramos visualizar tanto teórica como prácticamente la

operación de los filtros y comparadores diseñados con amplificadores

operacionales.

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