FILTROS ACTIVOS Y PASIVOS

Transcripción

1 FILTOS ATIVOS Y PASIVOS FILTOS ATIVOS Y PASIVOS VENTAJAS: Permite eliminar las inductancias que, en baja frecuencia son voluminosas, pesadas y caras. Facilitan el diseño de filtros complejos mediante la asociación de etapas simples. Proporcionan una gran amplificación de la señal de entrada (ganancia), lo que es importante al trabajar con señales de nivel muy bajos. Permiten mucha flexibilidad en los proyectos INONVENIENTES: Exigen una fuente de alimentación Su respuesta en frecuencia está limitada por la capacidad de los Amp. Op. Utilizados. Bibliografía: Boylestad ap. Aplicaciones del Amplificador Operacional otros

2 ESPUESTA EN FEUENIA DE 4 TIPOS DE FILTOS V o V o Pasa Banda Pasa Banda echaza Banda echaza Banda f o f f o f (a) Filtro Pasa Bajos (b) Filtro Pasa Altos V o V o echaza Banda Pasa Banda echaza Banda Pasa Banda echaza Banda Pasa Banda f f o f f f f o f f (c) Filtro Pasa Banda (c) Filtro Supresor de Banda ESPUESTA A LA FEUENIA DE UATO TIPOS DE FILTOS 3 FILTO PASA BAJOS PASIVO DE er ODEN Pendiente: -0 db/dec o -6db/oct IDEAL 00% EAL 50% f 0% f Hz Este tipo de filtro se puede construir con una malla o L. L Pasa Bajos Análisis con Malla Animación 4

3 FILTO PASA BAJOS ATIVO DE er ODEN Pendiente: -0 db/dec o -6db/oct GANANIA UNITAIA Vi v + v - Simular este circuito y comprobar las ecuaciones Av fc FEUENIA DE OTE 5 FILTO PASA BAJOS ATIVO DE er ODEN Pendiente: -0 db/dec o -6db/oct INVESO Vi i f V + V - f FEUENIA DE OTE f Av i GANANIA DEL FILTO ATIVO Animación Simular este circuito y comprobar las ecuaciones 6 3

4 FILTO PASA BAJOS ATIVO DE er ODEN Pendiente: -0 db/dec o -6db/oct NO INVESO v + Simular este circuito y comprobar las ecuaciones Vi v - Av fc GANANIA DEL IUITO FEUENIA DE OTE 7 FILTO PASA BAJOS ATIVO DE º ODEN Pendiente: -40 db/dec o -db/oct BUTTEWOTH Simular este circuito y comprobar las ecuaciones v + Vi V v - Ecuaciones del circuito 8 4

5 EUAIONES DEL IUITO V V O V V V V / JW / JW O V VO / JW () () Desarrollando las ecuaciones () y (), obtenemos la relación H(s)=V O / V i 9 OBTENIÓN DE H(s) H ( s) S S EUAIÓN NOMALIZADA DE SEGUNDO ODEN H ( s) S K W S n W n 0 5

6 OMPAANDO TÉMINO A TÉMINO TENEMOS QUE: W n f n EUAIÓN DE DISEÑO Procedimiento de Diseño: FEUENIA DE OTE NOMALIZADA = = ; = con = 0,707 = = ( + ) =. Defina una frecuencia de corte f n. Defina ; elija el valor adecuado, comprendido entre 00 pf y 0, f 3. Defina = 4. alcule 5. alcule F = FILTO PASA BAJOS ATIVO DE º ODEN Pendiente: -40 db/dec o -db/oct BUTTEWOTH v + Vi Simular este circuito y comprobar las ecuaciones V f v - FEUENIA DE OTE NOMALIZADA = = ; = con = 0,707 (Factor de Amortiguación) EUAIÓN DE DISEÑO 6

7 FILTO PASA BAJOS Trabajo de investigación Dado el siguiente circuito demostrar que: Av f c Inversor con ganancia Simular este circuito y comprobar las ecuaciones Vi v + v - Por qué no interviene en el cálculo de f c? 3 ESPUESTA DE UN FILTO PASA BAJOS ATIVO DE º ODEN PAA DIFEENTES 4 7

8 urvas Universales De Ganancia de polos de primer y segundo orden para diferentes 5 urvas Universales de fase de polos de primer y segundo orden 6 8

9 Funciones de transferencia de Filtros base de primer y segundo orden. w n frecuencia natural de corte a factor de amortiguam iento 7 FILTOS PASIVOS 8 9

10 Grafico de SHADE para el cálculo de filtro en rectificación de (a) Media onda (b) Onda completa 9 Filtros con Estructura de AUH 0 0

11 Filtros de Pasa Bajos y Pasa Altos Estructura de SALLEN y KEY Filtros de Pasa Bajos, Pasa Altos y Pasa Banda Estructura de SALLEN y KEY

12 Filtros de Pasa Bajos, Pasa Altos y Pasa Banda Estructura de SALLEN y KEY 3 FILTO PASA ALTOS PASIVO DE er ODEN Pendiente: +0 db/dec o +6db/oct IDEAL 00% EAL 50% f 0% f Hz Este tipo de filtro se puede construir con una malla o L. Pasa Altos Análisis con Malla L Animación 3 4

13 FILTO PASA ALTOS ATIVO DE er ODEN Pendiente: +0 db/dec o +6db/oct NO INVESO F V i i V + V - V O Simular este circuito y comprobar las ecuaciones Av f i f GANANIA DEL IUITO FEUENIA DE OTE 5 FILTO PASA ALTOS ATIVO DE er ODEN Pendiente: +0 db/dec o +6 db/oct NO INVESO Ganancia Unitaria. Simular este circuito y comprobar las ecuaciones Vi v + v - Av fc GANANIA DEL IUITO FEUENIA DE OTE 6 3

14 FILTO PASA ALTOS ATIVO DE er ODEN Pendiente: +0 db/dec o +6db/oct NO INVESO Simular este circuito y comprobar las ecuaciones Vi v + v - Av fc GANANIA DEL IUITO FEUENIA DE OTE 7 FILTO PASA ALTOS ATIVO DE º ODEN Pendiente: +40 db/dec o +db/oct BUTTEWOTH V + Vi V V - Ecuaciones del circuito 8 4

15 EUAIONES DEL IUITO / JW V V O V V V V O / JW V VO / JW () () Desarrollando las ecuaciones () y (), obtenemos la relación H(s)=V O / V i 9 OBTENIÓN DE H(s) H ( s) S KS S EUAIÓN NOMALIZADA DE SEGUNDO ODEN H ( s) S K W S n W n 30 5

16 OMPAANDO TÉMINO A TÉMINO TENEMOS QUE: W n FEUENIA DE OTE NOMALIZADA = = = con = 0,707 (Factor de amortiguación) EUAIÓN DE DISEÑO f n Procedimiento de Diseño: = = ( )/( + ) =. Defina una frecuencia de corte f n. Defina ; elija el valor adecuado, comprendido entre 00 pf y 0, f 3. alcule y 3 FILTO PASA ALTOS ATIVO DE º ODEN Pendiente: +40 db/dec o +db/oct BUTTEWOTH Vi V V + V - Simular este circuito y comprobar las ecuaciones f FEUENIA DE OTE NOMALIZADA = ; = = con = 0,707 (Factor de amortiguación) EUAIÓN DE DISEÑO 3 6

17 FILTO PASA ALTOS Trabajo de investigación Dado el siguiente circuito demostrar que: Inversor con ganancia Vi v + Av fc v - Simular este circuito y comprobar las ecuaciones Por qué no interviene en el cálculo de f c? 33 ESPUESTA FILTO BUTTEWOTH 7

18 ESPUESTA FILTO AUE ESPUESTA FILTO BESSEL 8

19 9

20 Problemas esueltos ircuitos de Aplicación Problemas Filtro Pasa Bajos Problemas Filtro Pasa Altos Ejemplos de Filtros 40 0

21 FILTO PASA BANDA IDEAL 00% EAL 50% f o 0% f f Hz evisar el primer apunte para repasar conceptos de circuitos sintonizados Filtro pasa bajos Filtro pasa altos Filtro Pasa Banda Análisis con Malla 4 FILTO PASA BANDA (banda angosta) = +v V i V O -v 3 Simular este circuito y comprobar las ecuaciones 4

22 FILTO PASA BANDA (banda angosta) V i i i i 3 V I V O V O Tierra Virtual Tierra Virtual Ecuaciones: V V i O V O V / S V V / S O () () 43 FILTO PASA BANDA (banda angosta) desarrollando donde f n H ( s) Normalizando para diseño Q f n y Q La ganancia del circuito es : S A y V V V S S O i Q 44

23 FILTO PASA BANDA (banda angosta) IUITO NOMALIZADO PAA DISEÑO = Q* +v V i =/Q -v V O Simular este circuito y comprobar las ecuaciones 3 =Q* Ver otro tipo de filtro pasa banda de banda angosta en página 3 oughlin 45 ONFOMAIÓN DE UN FILTO PASA BANDA BÁSIO A PATI DE UN FILTO PASA BAJOS Y UN PASA ALTOS 0,0 f 7500 V i V 0,05 f 0,05 f - V V O 0,005 f 5000 PASA BAJOS (f =3000 Hz) Pág. 3 oughlin Simular este circuito y comprobar las ecuaciones PASA ALTOS (f =300 Hz) 46 3

24 ESPUESTA EN FEUENIA DEL IUITO PASA BANDA 47 FILTO SUPESO DE BANDA O FILTO NOTH IDEAL 00% EAL 50% f 0% f f Hz V i V O Filtro Supresor de Banda 3 3 Filtro twin tee 48 4

25 FILTO SUPESO DE BANDA O FILTO NOTH - E i para f r E i Filtro Pasa Banda de banda angosta = + V o = Sumador EL FILTO SUPESO SE ONSTUYE ON UN IUITO QUE ESTA LA SALIDA DEL FILTO PASA BANDA DE LA SEÑAL OIGINAL Pág. 35 oughlin Pág. 36 ejemplo de diseño 49 FILTO EHAZO DE BANDA PASIVO TWIN-TEE V i / V O f Ecuación de diseño 50 5

26 FILTO EHAZO DE BANDA ATIVO TWIN-TEE / + V - V V O V i Ecuaciones de diseño f Q Simular este circuito y comprobar las ecuaciones 5 TABLA ESUMEN ODEN DEL FILTO PENDIENTE PASA BAJOS PENDIENTE PASA BANDA o SUPESO DE BANDA PENDIENTE PASA ALTOS - 6 db/oct (- 8 db/dec) +6 db/oct (+ 8 db/dec) - db/oct ±6 db/oct + db/oct 3-8 db/oct +8 db/oct 4-4 db/oct ± db/oct +4 db/oct 5-30 db/oct +30 db/oct 6-36 db/oct ±8 db/oct +36 db/oct 5 6

27 Aproximaciones Los filtros anteriormente nombrados pueden sufrir aproximaciones para obtener una respuesta en frecuencia más específica, de acuerdo a las distintas necesidades Algunas aproximaciones son: Butterworth hebyshev Aproximaciones 53 Aproximaciones 54 7

28 Aproximación Butterworth H( jw) K pasabajos ( w/ w ) n 55 Aproximación hebyshev H jw E K PB n w / w 56 8

29 Problemas esueltos ircuitos de Aplicación Problemas Filtro Pasa Banda Problemas Aproximaciones 57 Vinculaciones de apoyo Teoría de circuitos. L. Boylestad Electrónica Allan Hambley Dispositivos Electrónicos Thomas Floyd Principios de Electrónica Malvino 58 9