Inf 2 4 Alulema Chuga 4370
July 7, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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Departamento de Eléctrica y Electrónica
Área de sistemas electrónicos
ELECTRONICA II Informe de laboratorio N° 2 4 segundo parcial
Filtros Activos
Integrantes: DiegoAlulema AlexanderChuga AlexanderChu ga
Fecha de entrega: 03dejuniode2019
Docente: Ing.DanielTriviño
NRC: 4358/4370
Departamento de Eléctrica y Electrónica UniversidaddelasFuerzasArmadas,SangolquíEcuador
MARCO TEORICO
Filtros Activos Filtro electrónico analógico distinguido distinguido por el uso de uno o más componentes activos. Se requiere poder aproxima aproximarr lo más posible a la respuesta de un filtro ideal, por ello se hace referencia a la función matemática (o aproximación) utilizada para diseñar el filtro.
Filtro Pasa Bajos: Aquel que deja pasar una señal bajo la frecuencia de corte. La fórmula de Fc es:
1 = 2
(Malvino, 1991)
Filtro Pasa Altos:
Filtro Pasa Banda:
Aquel que deja pasar una señal por encima de la frecuencia de corte, su formula
Compuesto de dos etapas, la primera pasa bajos y la segunda pasa altos, por ende siempre de orden 2. Su formula de la frecuencia Fc:
1 = 2
de Fc es:
(Boylestad, 2009)
= −2
Filtro Rechaza Banda: Aquel que suprime señales dentro de las frecuencias de corte.
1 = 2
(Boylestad, 2009)
1.1
Instrucciones Objetivo 1: Diseñar filtros pasa bajo de tercer orden, luego compare su ffuncionamiento uncionamiento a) Diseñe e implemente un filtro Pasa Baja Butterworth de orden o rden 3, para una frecuencia de 4000 Hz, con una ganancia de banda pasante de 0dB. Nos imponemos un capacitor para realizar el cálculo correspondiente
= 1 [] [] = 2 = 2
Calculo de la resistencias necesarias para la frecuencia de corte necesaria
Departamento de Eléctrica y Electrónica
= 2√ 1 1 1 = = 2 2√ √ 2∗4000 1 ∗(2∗1) =39.789 [Ω] = 39 Ω 2
Calculo filtro pasa bajo primer orden
1 1 = =39.78 [Ω Ω]] = 39 Ω = 2 2∗4000∗1
Figura 1. Circuito filtro pasa bajos de tercer orden
b) Una vez implementado verifique su funcionamiento, para ello varíe la frecuencia de la señal de entrada desde 60Hz, 100Hz, 200Hz, 500Hz, 800Hz, 1KHz, 1.5KHz, 1.8KHz, 2KHz, 2.1KHz, 2.3KHz, 3KHz, 4KHz, 5KHz y anote el valor de Amplitud de la señal para cada frecuencia verificada. 60 [Hz]
100 [Hz]
Departamento de Eléctrica y Electrónica Amplitud = 2.815 [V]
Amplitud = 2.813 [V]
200 [Hz]
500 [Hz]
Amplitud = 2.816 [V]
Amplitud = 2.819 [V]
800 [Hz]
1 [KHz]
Amplitud = 2.781 [V] Amplitud = 2.802[V] 1.5 [KHz]
1.8 [KHz]
Amplitud = 2.829 [V]
Amplitud = 2.816 [V] 2 [KHz]
2.1 [KHz]
Departamento de Eléctrica y Electrónica
Amplitud = 2.790 [V] Amplitud = 2.747 [V] 2.3 [KHz]
3 [KHz]
Amplitud = 2.599 [V] Amplitud = 2.752 [V] 5 [KHz]
4 [KHz]
Frecuencia
Amplitud
60Hz
2.815
100 Hz
2.813 [V]
Departamento de Eléctrica y Electrónica 200 Hz
2.816 [V]
500 Hz
2.819 [V]
800 Hz
2.781 [V]
1KHz
2.802[V]
1.5KHz
2.816 [V]
1.8KHz
2.829 [V]
2 KHz
2.790 [V]
2.1KHz
2.747 [V]
2.3KHz
2.752 [V]
3KHz
2.599 [V]
4KHz
1.980 [V]
5KHz
1.288 [V]
Amplitud = 1.288 [V]
Amplitud = 1.980 [V]
c)
Encuentre el valor “real” de la frecuencia de corte.
Figura 2. Diagrama de Bode del filtro pasa bajos de tercer orden con una frecuencia de corte 3.9 [kHz]
Objetivo 2: Diseñar filtros pasa alto tercer orden, luego compare su funcionamiento
Departamento de Eléctrica y Electrónica a) Diseñe e implemente un filtro Pasa alto Butterworth de orden 3, para una frecuencia de 12 kHz, con una ganancia de banda pasante de 0dB.
= 12
Deseamos diseñar un filtro de orden 3 por lo tanto nos imponemos el valor de 3 capacitores iguales.
= = =1
Con este valor calculamos las resistencias requeridas
1 1 = =13.26[[Ω =13.26 Ω]] =15Ω = 2∗ ∗ ∗ 2 ∗ 12 ∗ 1
Ω] =6.8Ω = 2 = 6[Ω] = 2 ∗ = 24[Ω] =27Ω
Figura 3. Simulación circuito filtro pasa altos tercer orden
b) Una vez implementado verifique su funcionamiento, para ello varíe la frecuencia de la señal de entrada desde 100Hz, 500Hz, 1KHz, 5KHz, 10 KHz, 12KHz, 14.9 KHz, 15KHz, 15.1KHz, 15.5KHz, 16KHz, 18KHz, 20KHz y anote el valor de Amplitud de la señal para cada frecuencia verificada.
Departamento de Eléctrica y Electrónica c) 100 [Hz]
500 [Hz]
Amplitud = 130.931 [uV]
Amplitud = 170.977 [uV]
1 [KHz]
5 K[Hz]
Amplitud = 658.993 [uV]
Amplitud = 244.857 [mV]
10[KHz]
12 [KHz]
Amplitud = 2.181 [V] Amplitud = 1.593 [V]
Departamento de Eléctrica y Electrónica 14.9 [KHz]
15 [KHz]
Amplitud = 2.594[V]
Amplitud =2.614 [V]
15.1 [KHz]
15.5 [KHz]
Amplitud = 2.614 [V]
Amplitud = 2.649 [V]
16 [KHz]
18 [KHz]
Amplitud = 2.671 [V]
Amplitud = 2.710 [V] 20 [KHz]
Departamento de Eléctrica y Electrónica
Amplitud = 2.747 [V]
d)
Encuentre el valor “real” de la frecuencia de corte.
Figura 4. Diagrama de Bode filtro pasa altos.
Objetivo 3: Diseñar un filtro pasa banda y un rechaza banda de tercer orden, luego compare su funcionamiento.
Departamento de Eléctrica y Electrónica a) Diseñe e Implemente un filtro Pasa banda y rechaza banda Butterworth de orden 3, para una frecuencia inferior de 4kHz y frecuencia superior de 12 kHz, con una ganancia de banda pasante de 0dB.
Filtro pasa banda
= 4 = 12
Se realiza el diseño del filtro pasa alto para unir con el pasa bajo y unirlos para formar el filtro pasa banda requerido.
Filtro pasa alto
= 4 4
Imponemos el valor de un capacitor comercial:
1 = 2 = 3 = 1
Con dicho valor calculamos la resistencia requerida.
1 =39,7 Ω=39kΩ = 2∙1 ∙ = 2∙4∙1 Ω = 18 Ω Ω = 2 = 19.5 Ω = 2 ∙ = 78 Ω = 82 Ω
Filtro pasa bajo
= 1 [] [] = 2 = 2
Cálculo de la resistencias necesarias para la frecuencia de corte necesaria
1 = 2 2√ √ 1
= 1 = =13.26 [Ω Ω]] = 15 Ω 2√ √ 2∗12000 2 2∗12000 1 1 2 ∗(2∗1)
Departamento de Eléctrica y Electrónica Calculo filtro pasa bajo primer orden
1 1 = =13.26 [Ω] = 15 Ω Ω = 2 2∗12000∗1
Figura 5. Simulación circuito filtro pasa banda
Filtro rechaza banda Butterworth de orden 3
= 2
= 15
Se realiza el diseño del filtro pasa alto para sumar con el filtro pasa bajo y formar un filtro rechaza banda.
Filtro pasa alto
= 15 Imponemos el valor de un capacitor comercial:
= 10 Con dicho valor calculamos la resistencia requerida.
Departamento de Eléctrica y Electrónica
= 2∙1 ∙ = 2 ∙ 15 1 ∙ 1 = 21 Ω
Filtro pasa bajo
= 2
Imponemos el valor del capacitor 3:
= 10
Con dicho valor calculamos la resistencia requerida.
1 = 2∙1 ∙ = 2 ∙ 2 97 Ω ∙ 1 = 3,97
Figura 6. Simulación circuito filtro pasa banda
b) Una vez implementado verifique su funcionamiento, para ello varíe la frecuencia de la señal de entrada desde 60Hz, 100Hz, 200Hz, 500Hz, 800Hz, 1KHz, 1.5KHz, 1.8KHz, 2KHz, 2.1KHz, 2.3KHz, 3KHz, 4KHz, 5KHz 10 KHz, 12KHz, 14.9 KHz, 15KHz, 15.1KHz, 15.5KHz, 16KHz, 18KHz, 20KHz y anote el valor de Amplitud de la señal para cada frecuencia verificada.
Filtro pasa banda
Departamento de Eléctrica y Electrónica 60 [Hz]
100 [Hz]
Amplitud = 0 [V]
Amplitud = 166.658 [V]
200 [Hz]
500 [Hz]
Amplitud = 1.884 [mV]
Amplitud = 29.570 [mV]
800 [Hz]
1 [KHz]
Amplitud = 120.074 [mV]
Amplitud = 239.843 [mV]
1.5 [KHz]
1.8 [KHz]
Amplitud = 724.569 [mV]
Amplitud = 1.061 [V]
2 [KHz]
2.1 [KHz]
Amplitud = 1.267 [V]
Amplitud = 1.366 [V]
2.3 [KHz]
3 [KHz]
Amplitud = 1.535 [V]
Amplitud = 1.925 [V]
4 [KHz]
5 [KHz]
Amplitud = 2.077 [V]
Amplitud = 2.054 [V]
Filtro rechaza banda 60 [Hz]
100 [Hz]
Amplitud = 1.993 [V]
Amplitud = 1.980 [V]
200 [Hz]
500 [Hz]
Departamento de Eléctrica y Electrónica Amplitud = 1.982 [V]
Amplitud = 1.952 [V]
800 [Hz]
1 [KHz]
Amplitud = 1.849 [V]
Amplitud = 1.811 [V]
1.5 [KHz]
1.8 [KHz]
Amplitud = 1.651 [V]
Amplitud = 1.520 [V]
2 [KHz]
2.1 [KHz]
Amplitud = 1.444 [V]
Amplitud = 1.391 [V]
2.3 [KHz]
3 [KHz]
Amplitud = 1.332 [V]
Amplitud = 1.082 [V]
4 [KHz]
5 [KHz]
Amplitud = 874.533 [mV]
Amplitud = 776.902 [mV]
10 [KHz]
12 [KHz]
Amplitud = 1.102 [V]
Amplitud = 1.292 [V]
14.9 [KHz]
15 [KHz]
Amplitud = 1.478 [V]
Amplitud = 1.483 [V]
15.1 [KHz]
15.5 [KHz]
Amplitud = 1.489 [V]
Amplitud = 1.509 [V]
16 [KHz]
18 [KHz]
Departamento de Eléctrica y Electrónica Amplitud =1.531 [V]
Amplitud = 1.584 [V]
20 [KHz]
Amplitud = 1.645 [V]
c) Calcule la frecuencia central y el ancho de banda.
= − = . = − = .
60 Hz V= 0.012 mV
200Hz
= 0.226
100 Hz V= 0.027 mV
500Hz
= 2.57
Departamento de Eléctrica y Electrónica 800Hz
= 10, 10,11 1 1
1KHz
= 21.2 21.255
1.5KHz
= 69. 69.85 8 5
1.8KHz
= 119.34 3 4
3KHz
2KHz
= 165.75
=535.73
Departamento de Eléctrica y Electrónica 4KHz
= 1.019
5KHz
= 1.29
10KHz
= 1.083
12KHz
= 708. 708.8
15KHz
15.5KHz
= 462 462.8
= 417
Departamento de Eléctrica y Electrónica 16KHz
= 388
18KHz
= 272.48 4 8
Tabla de resultados Frecuencias
V. Simulado
60 Hz 100 Hz 200 Hz 500 Hz 800 Hz 1 KHz 1.5 KHz 1.8 KHz 2 KHz 3 KHz 4 KHz 5 KHz 10 KHz 12 KHz 15 KHz 16 KHz 18 KHZ
mV 0.0.2.205012607VmV mV 10.11 mV 21.252 mV V V V V V mV 1.083 mV 708 mV
69.85 119.34 165.75 535.73 1.019 1.29 417 mV 388 mV 272.4 mV
¿Por qué las frecuencias de corte co rte difieren de lo calculado?, justifique su respuesta. Difieren por el hecho muchas veces de las tolerancias en las resistencias, también porque la configuración del amplificador 741 no favorece mucho para trabajar en frecuencias muy altas. Al momento de calcular esta frecuencia no saldrá exactamente como lo calculado c alculado o lo simulado por estas razones.
Conclusiones: contienen ntienen etapas simples Los filtros activos son más fáciles de diseñar ya que estos co
•
que se acoplan para aumentar su orden
Departamento de Eléctrica y Electrónica La amplificación de la señal en las zonas aceptadas por los filtros sigue siendo alta debido al uso de los amplificadores operacionales
•
Recomendaciones: Verificar que el valor de la amplitud en las frecuencias de corte solicitadas ya que se
•
debe cumplir una ganancia de -3dB en la señal que frecuencias de corte se deben asignar al pasa bajo y al pasa alto de un Considerar circuito rechaza banda
•
BIBLIOGRAFÍA: Principios De Electrónica, Paúl Malvino, 6ta Edición, 2000, Mc. Graw Hill,
•
•
disponible en la biblioteca de la universidad. Electrónica: Teoría de Circuitos, Robert Boylestad y Louis Nashelsky, 10ma Edición, 2009, Prentice Hall, disponible en la biblioteca de la Universidad.
Departamento de Eléctrica y Electrónica d) Calcule la frecuencia central y el ancho de banda.
= −2 = 6.5 = − = 13
PREGUNTAS: Para todos los circuitos propuestos, realice la simulación, los cálculos para cumplir lo solicitado y dibuje la salida en amplitud vs frecuencia.
Pasa bajos
Hoja de laboratorio:
Departamento de Eléctrica y Electrónica
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