Electronica Lab 7 Filtros

ELECTRONICA ANLOGICA LABORATORIO N° 7

FILTROS ACTIVOS"

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NINA NINA MORALES MORALES CAR LOS Grupo

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: II I :

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Profesor: M. CHA C HA R A J A Hora:

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL PROGRAMA DE FORMACION REGULAR

Nota:

1. OBJETIVOS • • •

Comprobar experimentalmente el comportamiento de los filtros. Conocer el funcionamiento de un filtro. Tener la habilidad para diseñar filtros e instalarlos.

2. MA TE R IA LE S Y E QUI POS • • • • • • •

01 Modulo Universal Lucas Nülle. Condensador 0.1µF 01 Multímetro digital. Condensador 47nF 01 osciloscopio. Resistencias 2.2KΩ Conectores.

Resumen :

los filtros electrónicos activos son elementos básicos en la tecnología moderna, su funcionamiento se basa en el amplificador operacional que de acuerdo a configuración de elementos externos permite el paso voltaje a diferentes frecuencias. Existen cuatro tipos de filtro básicamente: pasa bajos, pasa altos, pasa banda y rechaza banda. 3.

INTRODUCCION

Al emplear amplificadores operacionales los filtros permiten obtener ganancias superiores a uno en su función de transferencia, de ahí su importancia ya que a la par que permiten la obtención de una señal deseada y la supresión de las demás también la adecua para facilitar su manipulación mediante elementos análogos. Lo primero que se presenta es toda la información requerida sobre los filtros activos que emplean amplificadores operacionales, configuraciones, tipos de filtros y el orden, comparando el modelo ideal con el real. Lo siguiente es la proposición de la experiencia en el laboratorio y su análisis. Acompañado de los resultados esperados y simulados mediante un software tipo cad para aplicaciones electrónicas. Luego se presenta la experiencia y los datos obtenidos en donde son comparados con los que arrojaron las simulaciones y los esperados en el modelo ideal, generando conclusiones

4. FUNDAMENTO TEOR ICO FILTROS ACTIVOS Un filtro activo es un filtro electrónico analógico distinguido por el uso de uno o más componentes activos (que proporcionan una cierta forma de amplificación de energía), que lo diferencian de los filtros pasivos que solamente usan componentes pasivos.


DEFINICION Y CLASIFICACIONES



Un filtro es un sistema que permite el paso de señales eléctricas a un rangode frecuencias determinadas e impide el paso delresto.



Se utilizan para: 







Acondicionamiento de señal de entrada. Digitalización de señales. Acondicionamiento de señal producida.

En función a la función de transferencia se clasificanen: 

Paso Bajo



Paso Alto



Paso Banda



Eliminada Banda.



En función a la tecnología.



En función al tipo de implementación.

FILTROS IDEALE S:

CAMPOS DE APLICAC IÓN:


Fi ltros activos de primer orden pas a bajas y pas a altas los circuitos de los filtros activos pasa bajas y pasa altas. Los mismos utilizan un circuito formado por un amplificador inversor. En el filtro pasa bajas la impedancia de realimentación está formada por una resistencia y capacitor en paralelo y en la entrada inversora se conecta una resistencia. En el filtro pasa altas, se tiene una resistencia en serie con un capacitor conectados a la entrada inversora y una resistencia como impedancia de realimentación.

La relación entre voltaje de salida V O y voltaje de entrada V I para el filtro activo pasa bajas mostrado en la figura

a

viene dada por:

con una frecuencia de corte w c = 1/R2C y un ángulo de desfasaje entre la salida y la entrada

.


La relación entre voltaje de salida V O y voltaje de entrada VI para el filtro activo de la figura

b

viene dada por:

con una frecuencia de corte w c = 1/R1C y un ángulo de desfasaje entre la salida y la entrada.

Filtros especiales Los filtros son usados en aplicaciones no críticas donde la respuesta exacta en frecuencia no es necesaria. Los filtros de Butterworth, Bessel, Chebyshev, y transitorio descritos en esta sección son diseñados para cumplir con requerimientos más críticos, tales como una ganancia constante para todas las frecuencia en la banda de paso, una caída rápida en el paso de la banda de paso a la banda de rechazo.

E l filtro de B utterworth, tiene una respuesta plana en la banda de paso y una suave caída en la región de transición, la rapidez de la caída en la región de transición aumenta con el orden del filtro. Normalmente se usa como filtro antialias para señales analógicas que van a ser muestreadas.

E l filtro de Chebys hev , tiene una región de transición más pequeña que la del Butterworth, para un filtro del mismo orden, pero presenta riple en la banda de paso. La pendiente de la zona de transición es mayor cuando aumenta el orden del filtro, así como el número de riples en la banda de paso.

E l filtro de B ess el, presenta variación lineal de la fase

en las frecuencias de la

banda de paso y por lo tanto tiene un retardo constante en este rango. Una señal que pase por este filtro no tendrá distorsión en su forma pero si un retardo en la salida.


El filtro de transición , presenta unas características intermedias entre el filtro de Butterworth y el filtro de Bessel. El diseño de estos filtros se puede hacer a partir de los circuitos básicos de ganancia unitaria Sallen-Key. Cada uno de estos circuitos aporta dos polos de un filtro pasa bajas o dos polos de un filtro pasa altas. Para obtener filtros de mayor de orden se conectan etapas en cascada. En la tabla 8.1 se muestran los valores de las constantes

k 1

y

k 2

para los distintos tipos de filtros y diferentes números de polos.

Estas constantes se relacionan con los valores de resistencia, capacitancia y frecuencia de corte del filtro (w c) de la siguiente forma. - Filtro pasa bajas: k1 = RC1wc - Filtro pasa altas: 1/k1 = R1Cwc

k2 = RC2wc 1/k2 = R2Cwc

Fi ltros de ganancia unitaria de dos polos S allen-K ey


5. PROCEDIMIENTO R ealizaremos un filtro pas a bajas: Utilizaremos una frecuencia de 1kHz. Por consiguiente nuestro filtro a realizar tendrá que dejar pasar las frecuencias bajas, y las que superen la frecuencia establecida serán retenidas.

Utilizaremos el filtro de Chebyshev que tiene una región de transición más pequeña que la del Butterworth, para un filtro del mismo orden, pero presenta riple en la banda de paso. La pendiente de la zona de transición es mayor cuando aumenta el orden del filtro, así como el número de riples en la banda de paso. - Filtro pasa bajas: k1 = RC1wc k2 = RC2w Usaremos dos resistencias de 1kΩ, Lo que nos lleva a tener

un: • Condensador 0.1µF • Condensador 0.22 µF

FIGURA 1: Observamos que a una frecuencia de 100 Hz, el voltaje de salida es igual al de entrada


FIGURA 2: Podemos observar que a una frecuencia de 1150 Hz, el voltaje de salida disminuye, y vemos que nuestro filtro esta realizando su trabajo.

FIGURA 3: En esta parte vemos que el voltaje de entrada es 10 voltios y el voltaje de salida se reduce hasta un 70%, que son 7 voltios.

FIGURA 3: Observamos que a una frecuencia de 4770 Hz nuestro filtro no deja pasar el voltaje


DISE ÑO DE UN CIRC UITO DE ORDEN 4 (FILTER PR O) 

PAS O 1: Haremos un filtro pasa bajo



PAS O 2:

En este paso colocamos los datos respectivos, un voltaje de entrada de 20v, una frecuencia de corte de 1500Hz, una ondulación permisible de la banda de paso de 1dB, una frecuencia de banda de detención de 6000Hz, la a atenuación de la banda de detención de -40Db y será un filtro de grado 4.




PASO 3: Escogeremos el tipo de filtro que usaremos en este caso usaremos un filtro Butterworth de orden 4.



PASO 4: Escogeremos la topología de nuestro filtro que será clave de sallen y le daremos finalizar.


CIRCUITO Y GR FICAS CORR ES PONDIENTES


Filter Pr oDesignRepor t Schematic DesignName:Lowpass,

Sallen Key, ButterworthPar t:Ideal Opamp Or der :4 Stages:2 AllowablePassB and Ripp le: 1 dB PassbandFrequency: 1.5 kHz

Gain: 20 V/V ( 26.0200717951347 dB) Cor ner Frequ ency Attenu ation: 23.02 dB

lunes , 28 de noviem br e de 2016

10:57:17 p.m .

-1-

Filter Pr oDesignRepor t Frequency and PhaseResponses DesignName:Lowpass,

Sallen Key, ButterworthPar t:Ideal Opamp

Or der :4

Stages:2

Filter Pr oDesignRepor t Frequency and PhaseResponses DesignName:Lowpass,

Sallen Key, ButterworthPar t:Ideal Opamp Or der :4 Stages:2 AllowablePassB and Ripp le: 1 dB PassbandFrequency: 1.5 kHz

Gain: 20 V/V ( 26.0200717951347 dB) Cor ner Frequ ency Attenu ation: 23.02 dB

lunes , 28 de noviem br e de 2016

10:57:18 p.m .

-2-

Filter Pr oDesignRepor t Billof M ater ials DesignName:Lowpass,

Sallen Key, Butterworth Par t:Ideal Opamp

Or der :

Filter Pr oDesignRepor t Billof M ater ials DesignName:Lowpass, Sallen Key, Butterworth Par t:Ideal Opamp Or der : 4 Stages:2 Gain: 20 V/V ( 26.0200717951347 dB) Allowab lePassB and Ripp le: 1 dB Cor ner Frequ ency Attenu ation: 23.02 dB

PassbandFrequency: 1.5 kHz

1

Par tNumber Standard

Value 49 .68 KΩ

Toler ance Exact: 0%

1

Standard

9.8KΩ

Exact: 0%

esistor

C1 (Stage 1)

1

Standard

10nF

Exact: 0%

Capacitor

C2 (Stage 1)

1

Standard

2.31nF

Exact: 0%

Capacitor

3 (Stage 1)

1

Standard

2.5KΩ

Exact: 0%

esistor

4 (Stage 1)

1

Standard

8.68KΩ

Exact: 0%

esistor

1

Standard

1 (Stage 2)

1

Standard

100. 33KΩ

Exact: 0%

esistor

2 (Stage 2)

1

Standard

4.06KΩ

Exact: 0%

esistor

C1 (Stage 2)

1

Standard

10nF

Exact: 0%

Capacitor

C2 (Stage 2)

1

Standard

2.76nF

Exact: 0%

Capacitor

3 (Stage 2)

1

Standard

2.5KΩ

Exact: 0%

esistor

4 (Stage 2)

1

Standard

8.68KΩ

Exact: 0%

esistor

1

Standard

ElementID R1(Stage1) 2 (Stage 1)

OpAmp (Stage 1)

OpAmp (Stage 2)

Quantit

Descr i tion Resistor

M anuf actur e r

I deal OpAmp

I deal OpAmp

Filter Pr o lunes , 28 de noviem br e de

10:57:18 p.m .

-3-

6. OBS ER VACIONES Y CONCLUSIONES : 







Se pueden construir filtros mucho más selectivos con las frecuencias encadenando varios filtros de dichos tipos. Así encadenando un filtro de orden 1 y otro de orden 2, se obtiene un nuevo filtro de orden 3. Con el filtro de Chebyshev conseguimos una caída de la respuesta en frecuencia mas pronunciada en frecuencias bajas debido a que permiten rizar en alguna de sus bandas. Observamos que la 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.

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