Analog i Cos

7/17/2019 Analog i Cos

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Informe de Laboratorio de Practica N°5

Integrantes:

Andrade Diego Bautista Freddy Benítez Diego Bonilla Diego Madrid Mauricio Sailema M. Sandra L. Tiviano R. Patricia L. Toapanta Ale S.

Nivel:

Seto !A"#$

Fecha:

%& de 'ulio del (%)*

Ing.

+ng. ,uan Pa-lo Pallo



Tema: FILTROS P!S! "!N#!$ %&'S(!) * (O%P!R!#OR

+. INTRO#&((ION$sta prctica tiene como /n entender y aprender cada

0uncionamiento y comportamiento de los /ltros con sus distintascon/guraciones1 para en un 0uturo poder aplicarlas dependiendode nuestras necesidades

Los /ltros son circuitos capaces de controlar las 0recuenciaspermitiendo o no el paso de 2stos dependiendo de su valor.

Se llaman activos ya 3ue constan de elementos pasivos 4c2lulas R567 y elementos activos como el 8P5AMP ya estudiado. Las c2lulasR56 estn compuestas por una resistencia y un condensador 4en

las estructuras a tratar7 y dependiendo del n9mero de estasc2lulas usadas se determinar el orden del /ltro así como surespuesta y su calidad.

:ay gran variedad de estructuras en /ltros. 6ada una suele llevarel nom-re de su inventor. Para las prcticas a3uí estudiadas s;lose usarn las estructuras de Muesca1 pasa -anda y comparador.$isten gran n9mero de 0;rmulas deduci-les por las cuales selogra el correcto 0uncionamiento del /ltro1 pero para 3ue no resultemuy complicado de entender usaremos las ya dadas.

,. O"-'TIOS O"-'TIOS /'N'R!L'S

Demostrar y evaluar el 0uncionamiento del /ltro activo pasa-a'o de Butter<ort=1 /ltro activo pasa -anda1 /ltro activo demuesca1 demostrar las propiedades del uA>?) mediante uncomparador.

O"-'TIOS 'SP'(IFI(OS@ Analizar la respuesta real de 0recuencia de los /ltros activos.@ 6onocer el 0uncionamiento1 así como las venta'as y

desventa'as de un /ltro activo pasa -a'o de Butter<ort= decomponentes iguales.

@ 6onocer las condiciones de ganancia 3ue de-en darse paraun mane'o matemtico menos comple'o.

@ 6omprender y analizar un /ltro activo pasa -anda angosta1con un determinado anc=o de -anda1 0recuencia central y0actor de calidad.



@ Analizar un /ltro activo de muesca y comprender laimportancia de su aplicaci;n en la eliminaci;n de sealesindesea-les.

0. R'S&%'NLa presente prctica trata so-re la implementaci;n de /ltro activo

como pasa -anda1 muesca y comparador de ventana1 paraanalizar su 0uncionamiento y a la vez sus venta'as y desventa'as3ue presentan en los circuitos electr;nicos1 en si en el campo delas comunicaciones anal;gicos la prctica nos muestra eles3uema de /ltro activo con el valor de los elementos aconectarse y mostrando los datos o-tenidos matemticamentecon la o-tenida en el osciloscopio.

Los clculos se =acen presentes para contri-uir a lo 3ue seo-servar en dispositivos como osciloscopios1 donde podemos

o-servar el 0uncionamiento de dic=o oscilador.

Palabras clave: Filtro1 8scilador1 6omparador.

1. !"STR!(T T=is practice covers t=e implementation o0 active and -and5pass/lter1 notc= and <indo< comparator to analyze its operation andalso its advantages and disadvantages o0 t=e electronic circuits1<=et=er in t=e /eld o0 analog communications practice s=o<s t=eactive /lter sc=eme <it= t=e value o0 t=e elements to -e

connected and displaying t=e data mat=ematically o-tained on t=eoscilloscope.

6alculations are present to contri-ute to <=at is o-served indevices suc= as oscilloscopes1 <=ere <e can o-serve t=e operationo0 said oscillator.

2e34ordsC /lter1 oscillator1 6omparator.

5. %!R(O T'ORI(O

Potencimetron potenci;metro es un resistor cuyo valor de resistencia esvaria-le. De esta manera1 indirectamente1 se puede controlar laintensidad de corriente 3ue Euye por un circuito si se conecta enparalelo1 o la di0erencia de potencial al conectarlo en serie. )GResistencia



$s un elemento 3ue presenta una oposici;n a la circulaci;n de lacorriente1 se puede decir 3ue este impedimento es unaconsecuencia de los c=o3ues de electrones en movimiento con lostomos. La energía el2ctrica 3ue se 3ueda en la resistencia setrans0orma en energía calorí/ca. Hos re0erimos a la resistencia con

la letra R. La unidad de medida de la resistencia es el 8=m1 (G.(ondensadorn condensador es un dispositivo 3ue consta de dos super/ciesconductoras separadas por un material aislante1 el diel2ctrico. Lacapacidad de un condensador es la propiedad 3ue permite elalmacenamiento de una carga el2ctrica cuando se aplica unadi0erencia de potencial entre los conductores. La capacidad semide en 0aradios1 y es 0unci;n del diel2ctrico y de la 0orma ydimensiones geom2tricas del componente. Iaría con la =umedad1

la temperatura1 las vi-raciones1 la presi;n -arom2trica 4en algunosmodelos7 y a veces incluso con la tensi;n el2ctrica aplicada. (GProtoboard Placa de 6r7ebas)$s un ta-lero con ori/cios conectados el2ctricamente entre sí1=a-itualmente siguiendo patrones de líneas1 en el cual se puedeninsertar componentes electr;nicos y ca-les para el armado ymontado so-re la proto-oard de circuitos electr;nicos y sistemassimilares. $st =ec=o de dos materiales1 un aislante1 generalmenteun plstico1 y un conductor 3ue conecta los diversos ori/cios entresí. no de sus usos principales es la creaci;n y compro-aci;n de

prototipos de circuitos electr;nicos antes de llegar a la impresi;nmecnica del circuito en sistemas de producci;n comercial.!m6li8cador O6eracionalSe trata de un dispositivo electr;nico 4normalmente se presentacomo circuito integrado7 3ue tiene dos entradas y una salida. Lasalida es la di0erencia de las dos entradas multiplicada por un0actor 4J7 4ganancia7CIout K J4I N IN7 el ms conocido y com9nmente aplicado es elA>?)8riginalmente los ampli/cadores operacionales se emplea-an para

operaciones matemticas 4suma1 resta1 multiplicaci;n1 divisi;n1integraci;n1 derivaci;n1 etc.7 en calculadoras anal;gicas1 de a=í sunom-re.Sin em-argo1 sus aplicaciones en la actualidad son m9ltiples yvariadasC generadores de ondas1 /ltros dinmicos1 ampli/cadoresde seal1 comparadores de volta'e1 temporizadores1 etc. Lascaracterísticas de un ampli/cador operacional sonC



• ALTA impedancia de entrada.• BA,A impedancia de salida.• JRAH ganancia de tensi;n entre los circuitos de entrada y

salida 4tiende a in/nito7.

AMPL+F+6A L+H$ALM$HT$ 4sin distorsi;n7 seales de corrientecontinua y alterna.

$l Ampli/cador operacional ideal tiene una ganancia in/nita1 unaimpedancia de entrada in/nita1 un anc=o de -anda tam-i2nin/nito1 una impedancia de salida nula1 un tiempo de respuestanulo y ning9n ruido. 6omo la impedancia de entrada es in/nitatam-i2n se dice 3ue las corrientes de entrada son cero. $l sím-olode un ampli/cador es el mostrado en la siguiente /guraC

Los terminales sonC

• IC entrada no inversora• I5C entrada inversora•

I8TC salida• ISC alimentaci;n positiva• IS5C alimentaci;n negativa

Los terminales de alimentaci;n pueden reci-ir di0erentes nom-res1por e'emplos en los A.8. -asados en F$T IDD y ISSrespectivamente. Para los -asados en B,T son I66 y I$$.

Hormalmente los pines de alimentaci;n son omitidos en losdiagramas el2ctricos por claridad. A la entrada I se la conocecomo entrada no inversora 4non5inverting input71 contacto O del

circuito integrado di-u'ado ms arri-a. A la entrada I5 se laconoce como entrada inversora 1 contacto ( del circuito integradodi-u'ado ms arri-a. I8T es el terminal de salida 4output71contacto del circuito integrado.

Rangos Absolutos Máximos (TA = 25°C)



Figura [1]. Rangos absolutos máximos (TA = 25°C)

Filtro de m7esca

$l nom-re de /ltro de rec=azo de -anda o supresor de -anda o/ltro de muesca1 se de-e a la 0orma característica de su curva de

respuesta a la 0recuencia1 la cual se muestra a continuaci;n.

Figura [2]. El fltro de muesca transmite las recuencias de la banda de

paso y elimina recuencias indeseadas, presentes en la banda de paso

Las 0recuencias indesea-les se aten9an en la -anda de rec=azo1BQ. Las 0recuencias deseadas sí se transmiten y son las 3ue seencuentran dentro de las -andas 3ue estn a am-os lados de la

muesca.Por lo general la ganancia de la -anda de paso de los /ltrossupresores es de ) o % d-.

Las ecuaciones correspondientes a 1 BQ1 E1 0= y 0 r son id2nticas ala del /ltro pasa -anda correspondiente.

Filtro 6asa banda



Los /ltros activos se di0erencian de los /ltros comunes1 en 3ueestos 9ltimos son s;lo com-inaci;n de resistencias1capacitores e inductores.

$n un /ltro com9n1 la salida es de menor magnitud 3ue la entrada.

$n cam-io los /ltros activos se componen de resistores1capacitores y dispositivos activos como Ampli/cadores8peracionales o transistores.

$n un /ltro activo la salida puede ser de igual o de mayormagnitud 3ue la entrada.

$l /ltro Pasa Banda tiene la siguiente curva de respuesta de0recuencia. De'ar pasar todas las tensiones de la seal de entrada3ue tengan 0recuencias entre la 0recuencia de corte in0erior 0) y la

de corte superior 0(. Las tensiones 0uera de este rangode 0recuencias sern atenuadas y sern menores al >%.> de latensi;n de entrada. La 0recuencia central de este tipo de /ltro seo-tiene con la siguiente 0;rmulaC

0o K ) (U6 4ROR7)(G

Figura []. Curva de respuesta de un fltro pasa banda.

Si se seleccionan los capacitores y resistores de modo 3ueC 6) K6( K 6 y R) K R( K R

$l anc=o de -anda serC BQ K 0( 5 0) K ).?) R 6R O 4ROR7)( G

$l 0actor de calidad K 0o BQ.

Las líneas discontinuas verticales so-re 0) y 0( y la línea =orizontaldel >%.> representan la respuesta de un /ltro pasa -anda ideal.

HotaC F) y 0( 40recuencias de corte7 son puntos en la curva detrans0erencia en 3ue salida =a caído O dB 4deci-eles7 desde suvalor mimo.

http://www.unicrom.com/Tut_bobina.asp

http://www.unicrom.com/Tut_opamp.asp


http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp

http://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asp

http://www.unicrom.com/Tut_decibel.asp



http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp

http://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asp

http://www.unicrom.com/Tut_decibel.asp

http://www.unicrom.com/Tut_bobina.asp



(om6arador

$n este circuito1 se alimenta el ampli/cador operacional con dostensiones Icc K )*I y 5Icc K 5)* I. Se conecta la patilla I delampli/cador a masa 4tierra7 para 3ue sirva como tensi;n de

re0erencia1 en este caso % I. A la entrada I5 del ampli/cador seconecta una 0uente de tensi;n 4Ii7 varia-le en el tiempo1 en estecaso es una tensi;n sinusoidal.

:ay 3ue =acer notar 3ue la tensi;n de re0erencia no tiene por 3u2estar en la entrada I1 tam-i2n puede conectarse a la patilla I51en este caso1 se conectaría la tensi;n 3ue 3ueremos comparar conrespecto a la tensi;n de re0erencia1 a la entrada I delampli/cador operacional.

A la salida 4Io7 del ampli/cador operacional puede =a-er

9nicamente dos niveles de tensi;n 3ue son en este caso )* o 5)*I 4considerando el A8 como ideal1 si 0uese real las tensiones desalida serían algo menores7.

6uando la tensi;n sinusoidal Ii toma valores positivos1 elampli/cador operacional se satura a negativo esto signi/ca 3uecomo la tensi;n es mayor en la entrada I5 3ue en la entrada I1 elampli/cador entrega a su salida una tensi;n negativa de 5)* I.

9. LIST!#O #' '&IPOS * %!T'RI!L'S

0 Protoboard

(ables

0 !m6li8cadores O6eraciones ;1+

+ Oscilosco6io

+ Tablero Lgico

+ %7lt<metro

Pi=as

;. L!"OR!TORIO

Se procede a armar el circuito de la /gura de los /ltros usando losmateriales correspondientes a cada diagrama

PRV6T+6AW*'>P'RI%'NTO ?,

T'%!: FILTRO !(TIO P!S! "!N#!



PRO('#I%I'NTOo A'ustar los valores de resistencias y del capacitor y calcular

el valor del periodoo Armar el circuito como se muestra en la /gura HXCo 8-servar al mismo tiempo la seal Io1 y el volta'e en el

capacitor y medir los volta'eso Iariar R(o 6on el circuito anterior variar 6o Analizar los resultados eperimentales

+.@ !nAlisis de (irc7ito 'lectrnico

Figura [!] Diagrama del fltro pasa banda Figura [5] Forma de

onda del fltro pasa banda

,.@ Tabla 3 (Alc7los de Res7ltados

FILTRO !(TIO P!S! "!N#!V I ( t )=15V VmSen(2 πft )( Inicial)

R)4YZ7 R(4YZ7 6)4nF7 6(4nF7(.(YZ 5.92B 00nF 00nF

Tabla C+D. Ialore de los elementos del diagrama Filtro activo pasa-andaFrec7encia de resonancia fEfr

f 0=1 /2 πC √ R1+ R2

R1 R2 R3=

1

2πC √ 2.2 K +33nF 2.2 K (33nF )5.6 K

=1664.85 Hz

FactordeCalidad

Q= R3W

0C

2=

5.6 (33nF )2

=0.151

Ancho de Banda



B= 2

R3C =

2

5.6 K =10822.51

Ganancia

Av=− R32 R1= −5.6

2∗2.2 K =−1.27

Corte Inferior

fl=fo[√ 1

4Q2 +1−

1

2Q ]=249,02 Hz

Frecuenciade corte suerior

fh= Fl+Bfh=(10822.51+249.02)

fh=11071.53 Hz

ParAmetros Terico 'G6erimental

f ! ( Hz) )?.&* :z )%% :z

f "( Hz) )??%.)& :z )*%% :z

f H ( Hz) (%% :z )%% :z

G( Hz) +.,; (.%%

Tabla C,D. Ialores o-tenidos de Filtro activo pasa -anda'>P'RI%'NTO? 0

T'%!: FILTRO !(TIO #' %&'S(!Procedimiento

• Seal original se le resta la salida de un /ltro pasa -anda.• Se =ace un /ltro 3ue tenga la misma 0recuencia de

resonancia1 el mismo anc=o de -anda y en consecuencia elmismo 1 3ue el /ltro de muesca.

• Se conecta un sumador inversor de ganancia unitaria1usando resistencias R de al menos )%YZ.




"ra#$o [%]. Diagrama Filtro Activo uesca "ra#$o [&]. Formas

de !nda Filtro uesca,.@ Tabla 3 (Alc7los de Res7ltados

R)4YZ7 R(4YZ7 R0RB) 64nF7(.(YZ 1.;2B 5.92B 00nF

Tabla C0D. Ialores de los elementos del diagrama Filtro activoMuesca

V i ( t )=5V (VmSen (2πft ) )(inicial)

f 0=1 /2 πC √ R1+ R2

R1 R2 R3=

1

2π (33nF )√ 2.2 K +4,7#

2.2 K (4.7nF )5.6 K =1666.85 Hz=1.66 KHz

FactordeCalidad

Q= R3W

0C

2=

5.6 (33nF )2

=9,24 $ 10−8

Ganancia

Av=− R3

2 R1=

−5.6

2∗2.2 K =−1.27

Condicion

R3

2 R1=

R

R 4

−1.27= 12 K

9,44 K



Tabla C1D. Ialores o-tenidos del Filtro activo Muesca

'>P'RI%'NTO? 0T'%!: (om6aradorProcedimiento

o 6alcular R

R=Vcc−2.6

10mA =240

o Aplicar volta'e al no inversor y medir Ire0 o Iariar al potenci;metroo +nvertir las coneiones para el inversoro Aplicar volta'e y variar Ii


"ra#$o [']. Diagrama Comparador "ed Encendido "ra#$o [].

#nversor "ed Apagado,.@ Tabla 3 (Alc7los de Res7ltados

R)4MZ7 R(4YZ7 R02B) RB) POTHB))MZ +E2B ,.,2B ,;EZ +EH Z

Tabla C+D. Ialores de los elementos del diagrama 6omparadorC!%&ARA'!R(!I(V)RS!R

Vref =5V Vi=1.689V )stador del ")'= )ncendido

ParAmetros Terico 'G6erimental

f ! ( Hz) 1,66 $103 K (1& Y:z

f "( Hz) [.* :z O1) Y:z

f H ( Hz) O.)Y:z O1& Y:z

G( Hz) +$,; O1& Y:z

3,9 $ 10−4 K O1* Y:z



Vref =5V )stador del ")' Aa*ado

C!%&ARA'!R I(V)RS!R

Vref =−2.18V Vi=4.8V )stador del ")'= Aa*ado

Vref =5v )stador del ")' encendido

. (ON(L&SION'S

Al analizar la curva del circuito en el osciloscopio pudimoso-servar 3ue eiste ruido en las coneiones las cuales nopermiten tener una gr/ca de onda per0ecta.

$l /ltro pasa -anda no tiene una respuesta ideal 0rente a lasdi0erentes 0recuencias1 sino 3ue tiene cierta imper0ecci;n.

Se pudo veri/car1 mediante simulaci;n y mediante

implementaci;n1 3ue los circuitos planteados entregan lasseales 3ue se espera-a mediante aproimaci;n matemtica.

Los /ltros son circuitos capaces de controlar las 0recuencias

permitiendo o no el paso de 2stos dependiendo de su valor.

J. R'(O%'N#!(ION'S

Durante la visualizaci;n de las ondas en el osciloscopio sede-e colocar las escalas adecuadas para así veri/car con losdatos calculados.

Al implementar los circuitos se de-e realizar las coneionescon los ca-les -ien pegados a la proto para 3ue no eistademasiado ruido y o-servar de me'or manera elcomportamiento de las ondas de salida.

Ieri/car el 0uncionamiento del ta-lero l;gico1 para 3ue algenerar las ondas de entrada de los circuitos sean lascorrectas.

+E. Fe 'rratas$n la prctica se encontr; inconvenientes en el eperimento W)/ltro activo pasa -a'o de Butter<ort=1 con su 0uncionamiento alvariar la 0recuencia de la seal de entrada.

++. "ibliograf<a)G Sadi\u Mat=e<1 4(%%71 Fundamentos de 6ircuitos $l2ctricos1 Tercera $dici;n1 M2ico McJra<5 :ill.



(G B. Juio1 $lectr;nica Bsica)[&[.1 uinta $dici;n 4Segundaversi;n en $spaol71 McJra<5:ill1 M2ico1OG Boylestard1 Ro-ert. )[[?. $lectr;nica Teoría de circuitos ydispositivos electr;nicos.M2ico

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