Trabajo Práctico Nº 3. Filtrado Analógico

Transcripción

1 Trabajo Práctico Nº 3 Filtrado Analógico Objetivos: Mediante la realización de este trabajo práctico se pretende que el alumno logre: o Ejercitar los conceptos, métodos y estrategias relacionados a la realización, mediante circuitos electrónicos activos, de funciones de aproximaciones Butterworth y Chebyshev. o Reestrenarse en el uso de lenguaje interpretado (Matlab). o Reestrenarse en el uso de programas de simulación de circuitos electrónicos. o Reestrenarse en el manejo de instrumentos de mediciones electrónicas y montaje de circuitos. Materiales necesarios: Provistos por la cátedra o Osciloscopio o Fuentes de alimentación o Generador de señales o Pc con matlab y software de simulación electrónica. o Generador de señales específicas (microcontrolado). Provisto por el grupo de alumnos o Componentes electrónicos varios (amplificadores operacionales, resistencias, capacitores, cables, etc.) o Protoboard Condiciones de trabajo y aprobación: A realizarse en grupos de 3 personas. o Respetar la preinscripción a comisiones de TP o Entrega de informe de resultados en formato PDF y ejecutables de Matlab y Multisim, en un archivo comprimido respetando el siguiente nombre de archivo: TP[número]-[Apellido1]-[Apellido2]- [Apellido3].rar. (en el Campus Virtual de la cátedra). o Fecha de entrega límite por el Campus: Lunes 19/10 o Fecha de evaluación oral: viernes 23/10 en las respectivas comisiones. o Se dará por aprobado el trabajo práctico a aquellos grupos que obtengan evaluación satisfactoria en el 70% de los puntos a desarrollar. Durante el TP se evaluará el desempeño grupal, desempeño en laboratorio, presentación de informe, resolución de consignas, y se calificará particularmente el análisis y conclusiones generadas a partir de discusiones en el grupo. Introducción: En el TP N 1, se estudió un ejemplo asociado a la Modulación de Amplitud (AM) y se observó que señales con información en baja frecuencia, mediante AM, son remapeadas en frecuencias que son lo suficientemente altas para radiarse de manera eficiente por una antena EMISORA y propagarse por el espacio libre.para recuperar esta información en la salida de un RECEPTOR de AM, es necesario DEMODULAR la señal de AM. Existen diversas estrategias para DEMODULAR las señales de AM, una de ellas se basa en un circuito detector de envolvente y un filtro Pasa Banda(PBnd) sintonizado a la frecuencia de la información en baja frecuencia según se muestra en la figura1. Para una óptima recuperación de la señal modulante en la etapa de recepción es indispensable un correcto diseño e implementación de las etapas involucradas. En el presente Trabajo Práctico se plantea realizar el diseño e implementación del FILTRO PASA BANDA. 1 er cuatrimestre 2015 Página1

2 Figura. 1: Diagrama de bloques Emisor Receptor Consignas del Trabajo Práctico: Como parte de la instrumentación del sistema de recepción y demodulación de la señal transmitida se desea implementar electrónicamente un circuito que realice la función de transferencia H(s) PB = a.s 2 correspondiente al filtro PBnd, donde el tipo de aproximación(butterworth o s 4 +b.s 3 +c.s 2 +d.s+e Chevyshev), la frecuencia central (ω 0) y el ancho de banda (BW) serán asignados oportunamente a cada grupo. Las siguientes consignas deberán ser desarrolladas y presentadas en forma grupal: a) Proponer una función H(s) PBnd que cumpla con las especificaciones presentadas b) Presentar en forma gráfica (empleando MATLAB)los diagramas de magnitud y fase de H(s) PBnd. Empleando las gráficas presentadas explique la forma en la cual puede usar el diagrama de fase para verificar que se trata de un filtro pasa-banda. (complete los campos que se describen en la Tabla 2 Simulación Matemática) c) Presentar en forma gráfica (empleando MATLAB) los polos y ceros de H(s) PBnd en el planos. A partir del diagrama justifique porqué el sistema puede ser estable/inestable. d) Factorizar la función H(s) PBnd en una función pasa altosh(s) Pa y una pasa bajosh(s) Pb. e) Con la factorización obtenida en d) realizar el diseño de los circuitos correspondientes basándose en las realizaciones de Sallen Key y Múltiples Realimentaciones, para esta última puede encontrar un documento tutorial en el Campus Virtual de la cátedra. f) Diseñar los circuitos propuestos, utilizando componentes de valores comerciales (Los capacitores deberán ser 1uF). 1 er cuatrimestre 2015 Página2

3 g) Realizar la simulación del circuito propuesto en el punto f), empleando Multisim, caracterizar su diagrama de magnitud y fase (completando los campos que se describen en la Tabla 2 Simulación Electrónica) y comparar la magnitud y fase del circuito implementado con la magnitud y fase del punto b). Explicar las diferencias y similitudes observadas. h) Montar el circuito en protoboard y caracterizar su diagrama bode de magnitud y fase (completando los campos que se describen en la Tabla 2 Medidas reales), comparar con lo observado en b), e) y g). Explicar las diferencias y similitudes observadas. i) Empleando el Generador de señales microcontrolado, provisto por la cátedra el cual proporcionará la señal que se obtendría en la salida del detector de envolvente, evaluar el desempeño del filtro implementado.para éste propósito, el generador provee tres señales derivadas de la envolvente original a las que se les ha agregado ruido, las características se detallan a continuación( Tabla 1). Tabla 1 1ra señal 2da señal 3ra señal 4ta señal Señal envolvente obtenida del TP1. (f=110hz) 1ra señal de base a la que se le agrega ruido de 30Hz con una RSR=8dB. 1ra señal de base a la que se le agrega ruido de 30Hz con una RSR=13dB. 1ra señal de base a la que se le agrega ruido de 300Hz con una RSR=10dB. Figura. 2: Gráficas de las señales del generador. 1 er cuatrimestre 2015 Página3

4 Nota importante: En el caso que el desarrollo de la consigna 8 no arrojara los resultados esperados, aprovechar las herramientas de simulación matemática y/o electrónica para ensayar alternativas, que aclaren el desvío de los resultados obtenidos anteriormente Referencias para las Tablas de Datos f o: Frecuencia en la que el desfasaje es cero f a: Frecuencia menor a f o donde tenemos una atenuación de 3db o fin de ripple respecto de la magnitud para f o f b: Frecuencia mayor a f o donde tenemos una atenuación de 3db o fin de ripple respecto de la magnitud para f o f y: Frecuencia menor a f o donde tenemos una atenuación de 6db respecto de la magnitud para f o f x: Frecuencia mayor a f o donde tenemos una atenuación de 20db respecto de la magnitud para f o f z: Frecuencia mayor a f o donde tenemos una atenuación de 40db respecto de la magnitud para f o Tabla 2 Simulación Matemática V 0 [ ] Simulación Electrónica V 0 [ ] 1 er cuatrimestre 2015 Página4

5 Medidas con instrumentos V 0 [ ] Parte 2: Procesamiento Digital 1. Realice el mismo filtro pasabanda, solo que esta vez se deben realizar dos secciones digitales de filtro pasabanda de segundo orden y con un ancho de banda de 30 hz cada uno. 2. Implemente el filtro diseñado en Simulink. 3. Luego realice las ecuaciones en diferencia del filtro, y discuta de que manera las implementaria. 4. Diseñe un filtro pasabanda de orden 10 utilizando la herramienta FDATool de Matlab, mantenga el mismo ancho de banda. 5. Compare ambos filtros diseñados, utilizando la herramienta FVtool de matlab. Códigos de Matlab que pueden ser de utilidad para el Trabajo práctico Syms s Bode() Poly() Bodeplot() Tf( s ) Fvtool() Mineral() Pole() Pzmap() Roots() Bode() Zero() 1 er cuatrimestre 2015 Página5