Filtro de Impedancia con Característica de Magnitud Máximamente Plana

Transcripción

1 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana PTULO 3 Diño con OT En la actualidad l ára procato analóico d ñal ha ido darrollada apliant, dbido a qu vivio n un undo hrntnt analóico y rquir aluna fora d procado tal qu irva para la convrión d dato, dcir, coo trfaz para ita diital. [0,] Una xplicación d por qué lo circuito analóico on tan uado porqu to uln r uy ipl para r uado a alta frcuncia y on idóno para aplicacion d uy baja potncia. El aplificador d tranconductancia con BJT fu corcialnt troducido n 969 por. on l au dl tranitor MOS lo diñador conzaron a uar OT MOS a diado d lo 80, convirtiéndolo n un coponnt vital n un ran núro d circuito léctrico dtado al procato analóico d ñal. [3] E por o qu n t capítulo abordan aluno ta d la toría d OT, ya qu part d t trabajo propon la ralización d filtro activo uando t tipo d coponnt. Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 8

2 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana 3. plificador Opracional d Tranconductancia Un OT un aplificador opracional jant a un op-ap con la particularidad d proporcionar una corrt d alida, d ahí u nobr, porqu dado qu la rputa n l purto d alida una corrt y la ñal n l purto d ntrada un voltaj; u función d tranfrncia rá H = n la Fi. 3. y u acroodlo n la Fi. 3.. ( jω, o a una tranconductancia, u íbolo aprcia Fi. 3. Síbolo para l OT. Fi. 3. Macroodlo para l aplificador opracional d tranconductancia. Uualnt, l OT t una frcuncia d opración ayor qu lo op-ap convncional qu trabajan n odo d voltaj, d ahí qu a uado n circuito d alta frcuncia. La corrt d alida tá dada por la iut cuación: = ( (3. Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 9

3 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana E iportant notar qu ahora la ipdancia d alida fita, to porqu l lnto d alida t una funt d corrt. El valor d la tranconductancia tá n función d la corrt d altación (Ec. 3.. Tal qu, bia = (3. ( bia El dpño d ta tructura d una ola alida pud r jorado uando topoloía totalnt difrncial (Fully Diffrntial, la ñal diriida a trayctoria difrncial n luar d r nviada a la uy coúnnt uada tirra analóica. Lo circuito totalnt difrncial on copltant iétrico, y u vntaja prcipal dbn a ta caractrítica. La funt d ruido yctada a aba alida dl op-ap/ot con la ia aplitud y fa, d ahí qu puda conidrar coo ruido n odo coún. La coponnt ipar d ditorión arónica aparcn n la alida con la ia aplitud y fa, idalnt canclan la una con la otra cuando la corrt d la alida difrncial procada [9]. S pud vr qu lo op-ap y OT difrncial prrvan la propidad d ipdancia d ntrada y alida d u contrapart d una ola alida. La Fi. 3.3 y 3.4 utran lo íbolo para lo circuito difrncial y u acroodlo rpctivant. (a (b Fi. 3.3 Etructura difrncial a íbolo para l Op-ap; b íbolo para l OT. Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 0

4 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana (a (b Fi. 3.4 Etructura difrncial a acroodlo para l Op-ap; b acroodlo para l OT. Para lo acroodlo con OT, la corrt d alida para la alida vrora y no vrora on coo iu = ( (3.3 = ( (3.4 contuación litan aluna caractrítica dl op-ap y dl OT: Tabla 3. oparación ntr Op-ap y OT. Op-ap OT Funt d voltaj a la alida. Funt d corrt a la alida. Baja ipdancia d alida. lta ipdancia d alida. Su buffr crnta la diipación No t buffr d alida, nor d potncia, ruido. diipación d potncia. En u contrucción coúnnt S pud contruir olant con uan ritncia y capacitor. tranitor. Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa

5 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana Eta caractrítica no llvan a cor al OT coo l coponnt dicado para r uado n la contrucción d filtro activo, dbido a qu aluna iplicacion d la caractrítica litada on: al contruir olant con tranitor rduc la capacitancia total, ayudando a u jor dpño a alta frcuncia, al carcr d buffr d alida diipa no potncia qu l op-ap y l tnr una alta ipdancia d alida lo hac á viabl para r conctado con otro circuito. 3. plificador vror Para jplificar coo pudn r utilizado lo OT, toaro n cunta la Fi. 3.5 qu corrpond a un aplificador vror hcho con un op-ap, qu l circuito á ipl uado n procato lal d ñal. Dbido a u ran ipdancia d ntrada no fluy corrt hacia la ntrada vrora dl op-ap y por ly d corrt d Kirchhoff i (3.5 i = 0 F dá, ya qu = 0 dbido a la anancia tórica fita dl op-ap v i = (3.6 y v i = (3.7 F F Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa

6 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana tal qu, v v F = 0 (3.8 dpjando d 3.8 tno: v F = v (3.9 Fi. 3.5 plificador vror hcho con un op-ap. Siilarnt vo qu l voltaj d alida tá dado por l producto dl voltaj d ntrada por la anancia dl aplificador opracional. Un aplificador vror d anancia unitaria pud obtnr hacdo F / = = F coo utra n la Fi Un aplificador vror hcho con un OT utra n la Fi Fi. 3.6 plificador d anancia unitaria. Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 3

7 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana Fi. 3.7 plificador vror hcho con un OT. Dado qu la corrt d alida i =, l voltaj d alida tará dado por: = i = (3.0 Nót qu l voltaj d alida nativo dbido a qu la ñal d ntrada yctada n la tral vrora d anra qu la función d tranfrncia rá: = ( itncia a tirra En la Fi. 3.8 utra l circuito quivalnt con un OT para iplntar una ritncia con un xtro conctado a tirra. Fi. 3.8 ircuito quivalnt con un OT para una ritncia con un punto a tirra. Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 4

8 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana Uando l acroodlo dl OT tno qu, ún la Fi. 3.8, n la tral vrora tá conctado tal qu ntrada ntonc tndrá qu =, tabién i conidra qu la ñal d = = vrora tá conctada a tirra ntonc t qu = 0.,, luo dbido a qu la tral no 0 Entonc ún la cuación 3. tndrá qu: o = ( = = 0 (3. pro dbido a qu l OT tá rtroaltado, = (3.3 o y ún la Fi. 3.8 = (3.4 q ntonc rcribdo la Ec. 3. con la conidración d la Ec. 3.3 tndrá qu: = (3.5 dpjando n la Ec. 3.5 d tal fora qu obtndrá: y utituyéndola n la Ec. 3.4 = = (3.6 q Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 5

9 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana 3.4 itncia flotant La Fi. 3.9 utra l circuito quivalnt para una ritncia flotant. Eta aproxiación tá baada n l étodo d Gorki-Popil. [0] Para u análii upono qu abo OT on idéntico, ta upoición ncilla d iplntar dbido a qu abo coponnt tán hcho obr l io ubtrato, n l io proco. Y l valor d obt tabién con la Ec q Fi. 3.9 ircuito quivalnt con un OT para una ritncia flotant. 3.5 nductor a tirra La iplntación con OT para un ductor con un punto a tirra utra n la Fi [7] Fi. 3.0 ircuito quivalnt con OT para un ductor con un punto a tirra. La ipdancia d ntrada Z tá dada por q Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 6

10 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana Z = (3.7 q Dond =. La corrt d alida dl prir OT ( O corrt fluy a travé dl capacitor dando l iut voltaj: O =. Eta = 0 S = S (3.8 lo cual hac qu t dada por O 0 = = S (3.9 ya qu =, O Z = = = q S SL q (3.0 Entonc l ductor quivalnt tá dado por: L = (3. q Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 7

11 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana 3.6 nductor flotant Utilizando nuvant l étodo d Gorki-Popil [0] pro ahora para l circuito d la Fi.3.0, obtndro l circuito quivalnt para un ductor flotant (Fi. 3., y al iual qu n l cao antrior upono qu todo lo OT on idéntico, l valor d obt con la Ec. 3.. L q Fi. 3. ircuito quivalnt con OT para un ductor flotant. En la Fi. 3. utra otra ralización para l ductor flotant pro ahora utilizando 3 OT. [6] Fi. 3. ircuito quivalnt con 3 OT para un ductor flotant. 3.7 ircuito ronant con ductancia a tirra La ductancia d la Fi. 3.0 pud r uada para obtnr un circuito ronant coo l qu utra n la Fi. 3.3a y utituyndo la ritncia y l ductor por OT obtno l circuito d la Fi. 3.3b. [9] Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 8

12 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 9 Fi. 3.3 a Filtro paivo paa-banda, b plntación con OT. D la Fi.3.3b podo obtnr un filtro paa-banda á un filtro paa-baja n la alida dl OT No.. La funcion d tranfrncia rultant on, para l filtro paa-banda: 3 3 / ( ( PB = (3. y para l filtro paa-baja: 3 3 ( ( Pb = (3.3 Lo valor para Q n, ω y 0 H tán dado por: n = = ω (3.4

13 Filtro d pdancia con aractrítica d Manitud Máxiant Plana Q = (3.5 3 H = (3.6 0 BP 3 H = (3.7 0 Pb En t capítulo dio una brv troducción d lo qu on lo aplificador opracional d tranconductancia (OT y cóo pudn r uado n circuito para ular l coportato d ductor, ritncia cluo circuito á coplicado coo on lo filtro. Eto concpto rán útil á adlant cuando abord l ta d filtro activo, ya qu coo ncionó antriornt, la caractrítica d to dipoitivo lo hacn útil n dicho tipo d filtro. Dpartanto d oputación, Elctrónica y Mcatrónica. Univridad d la érica Publa 30