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CIRCUITOS ELECTRONICOS INTEGRADOS III Ciclo

Laboratorio N° 7 “FILTROS ACTIVOS” INFORME Integrantes del Equipo:  Guerreros Gutiérrez, José Jefferson  HUAMAN CHIPANA, Elio

Profesor: Robalino Gómez, Ramón Hernán Fecha de realización: 20 de Setiembre Fecha de entrega: 26 de Setiembre

2016-II

Lab. N° 7 Filtros Activos

Marco teórico Filtro Paso Bajo El filtro pasa bajo que se encarga de dejar pasar las frecuencias bajas y restringir las frecuencias altas, le entrega al amplificador una señal enriquecida que hace que el parlante retumbe asombrosamente. Presentamos una modificación de nuestro Filtro pasa bajos de segundo orden, que se alimenta con fuente simple. Esto permite usarlo en el automóvil acompañado de un amplificador mono y un buen subwoofer.

Filtro Pasa Altos Un filtro pasa-alta permite el paso a través del mismo de todas las frecuencias superiores a su frecuencia de corte sin atenuación. Las frecuencias por debajo del punto de corte serán atenuadas. Como la frecuencia por debajo del punto de corte se reduce, esta atenuación, definida en db por octava, se incrementa. Los filtros pasa-alta estándares siguen incrementos de 6 db por octava, así los filtros de 6 DB, 12 DB, 18 DB y 24 DB por octava son comunes. Debe observarse que cuanto mayor es la pendiente de atenuación, mayor es el desplazamiento de fase dentro de la banda de paso.

Filtro Pasa Banda PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Lab. N° 7 Filtros Activos Un filtro pasa banda es útil cuando se quiere sintonizar una señal de radio o televisión. También se utiliza en equipos de comunicación telefónica para separar las diferentes conversaciones que simultáneamente se transmiten sobre un mismo medio de comunicación. Elimina todas las frecuencias desde cero a la frecuencia de corte inferior, permite pasar todas aquellas que están entre la frecuencia de corte u inferior y la frecuencia de corte superior.

Filtros Activos Objetivos 1. Restringir las componentes de frecuencia de una señal dada. 2. Analizar la respuesta en frecuencia de un filtro.

Equipos y Materiales           

Osciloscopio Fuente de alimentación dual. Generador de funciones. Multímetro Proto board (01) 15K 1/4w (02) 30K 1/4w (01) TL081 (02) 0,001uF Manual de reemplazos. Cables de conexión.

Preparación PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Lab. N° 7 Filtros Activos Para la realización de este laboratorio se requiere la lectura previa de los capítulos 7 y 8 del libro Amplificadores Operacionales y Filtros Activos de Antonio Pertenece Junior. También se recomienda la lectura del capítulo 11 del libro Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales de Robert F. Coughlin.

Procedimiento PRIMERA PARTE: Filtro Pasa Bajos

Figura 1. Esquema del circuito

1. Montar el circuito de la Figura 1 y conectar la fuente de alimentación.

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Figura 1.1 Montaje del circuito

2. Ajustar el generador de señal para tener una tensión senoidal de 1V (de pico) y 1kHz de frecuencia. 3. Conectar el canal 1 del osciloscopio a la entrada del circuito y el 2 a la salida. 4. Aplicar la señal senoidal al circuito. Mida con el osciloscopio la amplitud de la señal de salida y determine la ganancia del filtro. Vo1 = 1.998 V 1.998v  1.998 Av = 1v Av (dB) = 20 log( 1.998)  6.01 dB 5. Compare las señales de entrada y salida. ¿Existe alguna distorsión en la señal?

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Figura 1.2 Comparación de las señales de entrada y salida en el Osciloscopio





Como se puede apreciar en la Figura 1.3, la señal de salida se encuentra en fase con respecto a la señal de entrada del filtro. Esto se debe a que, a 1 kHz, el filtro no se encuentra trabajando, cuando se acerque o pase a su frecuencia de corte, entonces la señal de salida comenzará a desfasarse. Otra causa es que la señal de entrada está ingresando por la entrada positiva del OPAMP. Algo más que se puede observar, es que la señal de entrada se ha amplificado. Esto se debe a que se ha usado un OPAMP, siendo la amplificación una de sus principales características.

6. Existe desfasaje entre las señales. Anote el valor:



= 0°Grados No existe desfasaje, por lo dicho anteriormente.

7. Varíe la frecuencia del generador incrementándolo hasta que la amplitud de la señal de salida disminuya a un valor igual al 70.7% del valor obtenido en el paso 4. V salida (1kHz) = 1.998 v 70.7% V salida (1kH ) = 1.398 v ¿A qué frecuencia se obtiene este valor de amplitud? Fcorte = 11.30 kHz Calcule teóricamente este valor mediante la expresión: PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Lab. N° 7 Filtros Activos Fcorte = 1/ (2.. R1.C) = 10.61 kHz 8. ¿Las dos frecuencias de corte son iguales? 

No, debido a que en la frecuencia de corte real se toman en cuenta los valores reales de los componentes y en el teórico, se toman como valores ideales.

9. Siga incrementando la frecuencia del generador hasta que la amplitud sea menor al 10% de la amplitud da la señal de salida a la frecuencia de 1kHz. En este instante mida la frecuencia. 10 Vo 2  * 1.998v  199.8mV 100 F = 210 kHz

Figura 1.3 Señales de entrada y salida a la frecuencia 73.240 kHz

Escala: Entrada 1v/div Salida 1v/div Tiempo 5 us/div Figura 1.4 Señales de entrada y salida a frecuencia de 210kHz

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Lab. N° 7 Filtros Activos 

Como se puede observar en las figuras 1.4 y 1.5, cuando se sobre pasa la frecuencia de corte, la señal de salida comienza a atenuarse. Esto quiere decir que a una mayor frecuencia el filtro trabajará mejor.

10. Determine la pendiente de caída del filtro en dB/Dec. Pendiente dB/dec: -20 dB/dec

Figura 1.5 Diagrama de Bode



En el diagrama de Bose se puede observar que hay 2 pendientes. En hasta 1.3 MHz aprox, la pendiente es de -20 dB/dec. Pasando esta frecuencia, la pendiente es de -60 dB/dec

SEGUNDA PARTE: Filtro Pasa Altos

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Figura 2: Es que alto

del circuito Pasa

Figura Nº2.1:Montaje del circuito en protoboard de la Figura Nº2 del Filtro Pasa Alto. 1 2 3 4

Montar el circuito de la Figura 2 y conectar la fuente de alimentación. Ajustar el generador de señal para tener una tensión senoidal de 1V (de pico) y 100kHz de frecuencia. Conectar el canal 1 del osciloscopio a la entrada del circuito y el 2 a la salida. Aplicar la señal senoidal al circuito. Mida con el osciloscopio la amplitud de la señal de salida y determine la ganancia del filtro. Vo2 = 2 V (pico) Av = 2 Av. ( dB ) = 6.02599

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Compare las señales de entrada y de salida. ¿Existe alguna distorsión en la señal?

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Lab. N° 7 Filtros Activos

Figura Nº2.2: Comparación de las señales de entrada y salida en el Osciloscopio Evidenciamos que la señal de salida tiene una ganancia de 2 con respecto a la señal de entrada, como así también vemos que no existe distorsión alguna. Existe desfasaje entre las señales. Anote el valor:

 =

0 Grados

6 Varíe la frecuencia del generador decrementándolo hasta que la amplitud de la señal de salida disminuya a un valor igual al 70.7% del valor obtenido en el paso 4. V salida (100k) = 2 V (pico) 70.7% V salida =

1.414 V

Figura Nº2.3:

A qué frecuencia este valor de amplitud.?

se obtiene

Fcorte = 10 KHz PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Lab. N° 7 Filtros Activos Calcule teóricamente este valor mediante la expresión: Fcorte = 1/ (2.. R.C) = 10.601 KHz

Figura Nº2.4:

FiguraNº2.5: 7

¿Las dos frecuencias de corte son iguales? De la simulación al bajar al 70.7% del voltaje de salida, que en este caso es de 1.41v, se comprobó que la frecuencia de corte es de 10kHz, y calculando de forma teórica la frecuencia es 10.601 KHz. Concluyendo que la variación es mínima.

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Siga decrementando el valor de la frecuencia del generador hasta que la amplitud sea menor al 10% de la amplitud da la señal de salida a la frecuencia de 100kHz. En este instante mida la frecuencia. F = 500 Hz

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Determine la pendiente de caída del filtro en dB/Dec. Pendiente = 3.052 / 44.363 dB/Dec. PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Lab. N° 7 Filtros Activos 10 Realice los gráficos correspondientes de la respuesta en frecuencia (usando el Bode Plotter de Multisim) En Ganancia

Figura Nº2.6: Correspondientes de la respuesta en frecuencia de la ganancia En Fase

Figura Nº2.7: Correspondientes de la respuesta en fase de la onda.

TERCERA PARTE: Filtro Pasa Banda

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Figura 3. Esquema del circuito 1. Montar el circuito de la Figura 3 y conectar la fuente de alimentación.

Figura 3.1 Montaje del circuito

2. Ajustar el generador de señal para tener una tensión senoidal de 1V (de pico) y 10kHz de frecuencia. 3. Conectar el canal 1 del osciloscopio a la entrada del circuito y el 2 a la salida. 3. Aplicar la señal senoidal al circuito. Ajuste la frecuencia del generador hasta sintonizar la máxima amplitud de salida. Mida y anote la frecuencia y la amplitud, determine la ganancia del filtro. PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Lab. N° 7 Filtros Activos Fcentral = 9.51 kHz Vo3 = 0.964 V 0.964v  0.964 Av = 1v Av ( dB ) = -0.318 dB 4. Compare las señales de entrada y salida. ¿Existe alguna distorsión en la señal?

Figura 3.2 Comparación de las señales de entrada y salida en el Osciloscopio

 

En la Figura 3.2 se puede observar que no hay amplificación en la señal de salida, por lo que se deduce que tiene una ganancia cercana a 1. La señal se invierte porque la señal entra por la entrada negativa del OPAMP, con un desfase de aprox 180°.

5. Existe desfasaje entre las señales. Anote el valor: = 180° Grados aproximadamente 6. Varíe la frecuencia del generador: - Primero incrementándola hasta que la amplitud de la señal de salida disminuya a un valor igual al 70.7% del valor obtenido en el paso 4. V salida = 0.964 V 70.7% V salida = 0.679 V A qué frecuencia se obtiene este valor de amplitud.? Fcorte superior = 17.510 kHz PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Figura 3.3 Comparación de señal de entrada y salida a una frecuencia de 16.8kHz

- Ahora decremente la frecuencia hasta que la amplitud de la señal de salida disminuya a un valor igual al 70.7% del valor obtenido en el paso 4. V salida = 0.964 V 70.7% V salida = 0.681 V ¿A qué frecuencia se obtiene este valor de amplitud? Fcorte inferior = 5.52 kHz

Figura 3.4 Comparación de la señal de entrada y salida a una frecuencia de 4.8kHz



En las figuras 3.3 y 3.4, podemos observar que las frecuencias al estar cerca a las frecuencias de corte superior e inferior, la señal de salida se comenzará a atenuar. Es decir, la señal de salida comenzará a reducirse, dando a saber que el circuito está cumpliendo su trabajo de filtrar la señal a cierta frecuencia. PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Lab. N° 7 Filtros Activos Calcule: Ancho de Banda (BW) = Fcorte superior – Fcorte inferior = 17.510kHz  5.52kHz  11.99kHz 9.51kHz  0.793 Factor de selectividad (Qo) = Fcentral / (BW) = 11.99kHz Calcule teóricamente la frecuencia central mediante la expresión: 0.793  8.728kHz Fcentral = Qo / (2.. R1. C. Av.) = 2 * 15k * 0.001uF * 0.964v 7. ¿La frecuencia central teórica y medida son iguales? Ambas frecuencias no serán iguales debido a que los valores de los componentes no son ideales. 8. Ahora usando el mismo método usado para el filtro pasa altos y pasa bajos determine el valor de la pendiente de caída superior e inferior en dB/Dec.

Pendiente Superior = 940 dB/Dec. Pendiente Inferior = 866.211dB/Dec.  

Para obtener la pendiente superior e inferior, se resta la mayor frecuencia con la menor, que hay a los extremos de un cuadrado. Esto nos indica a cuantos decibelios varia la ganancia por cada década que pasa.

Aplicación de lo aprendido – 5 puntos Se pide diseñar un filtro pasa banda con las siguientes características: a) De cuarto orden. b) Ganancia de 5 c) Frecuencia central de 1 Khz d) Factor de calidad de 10. DISEÑO DEL FILTRO PASA-BANDA DE 4TO ORDEN PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Fi ltro pasa-banda de 4to orden SEÑAL DE ENTRADA VS SALIDA

FRECUENCIA CENTRAL

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Frecuencia central de 1Khz

Conclusiones:  Teniendo en cuenta su funcionalidad, y versatilidad, ya que con un mismo dispositivo se pueden implementar diferentes componentes útiles a la hora de diseñar circuito que solucionen problemas simples y algo complejos.  Para aplicaciones en las que se requiera que las frecuencias de corte sean idénticas a las calculadas, se deben utilizados en precisión, que no alteren significativamente los valores calculados, a las frecuencias de trabajo.  Es relativamente sencillo y con aceptable precisión, ya que los valores esperados y los obtenidos son muy cercanos.  Este laboratorio nos permitió entender el funcionamiento de distintos tipos de filtros activos, así como las ventajas y desventajas de estos, ya que esto nos permitirá elegir el correcto para aplicaciones en diseños de circuitos . Recuperado de: http://www.monografias.com/trabajos70/filtros-activos/filtros-

activos2.shtml#ixzz4LFUR2Bjj

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