UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y DE TELECOMUNICACIONES

Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto

Resumen— Se realizó el diseño de un filtro Pasabanda con las

siguientes especificaciones f L=1 KHz, f H=100 KHz y

AV =1en banda plana. Así como, pendiente de 40 dB/década.

I. DISEÑO CIRCUITO

El filtro Pasabanda se origina al conectar un filtro pasaaltas con un filtro pasabajas. Ahora, para elegir la configuración se tuvo en cuenta el criterio de la pendiente de 40 dB/década, entonces, en teoría un filtro de segundo orden tiene este valor en 40 dB/década, con el fin de superar esta especificación se prefirió implementar un filtro de tercer orden, cuya pendiente es 60 dB/década.

El filtro pasaaltas Butterworth con f L=1 KHz se consigue con la configuración mostrada en la figura 1.

Figura 1. Filtro Pasaaltas

El filtro pasabajas de tercer orden, compuesto por un filtro pasivo de primer orden conectado con un filtro activo de segundo orden, tiene la configuración mostrada en la Figura 2.

Las expresiones algebraicas se cumplen con el siguiente circuito lógico.

Figura 2. Filtro Pasabajas

Los valores de capacitores del diseño son comerciales. En cambio, los valores de resistencias se ajustaron a los valores comerciales más aproximados.

II. SIMULACIÓN

El circuito se simuló usando el modelo del amplificador operacional LM 741.

Frequency

1.0Hz 3.0Hz 10Hz 30Hz 100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHz 300KHz 1.0MHz 3.0MHz 10MHzV(9)

0V

0.5V

1.0V

Figura 3. Respuesta en Frecuencia

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Práctica #1 Diseño de Sistemas ElectrónicosFiltro Pasabanda

Juan Diego Martinez Jimenez; Jonathan Arley Torres CastañedaEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones, Universidad Industrial de Santander

Bucaramanga, Colombia

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Frecuencia (Hz)

Valor Salida (mV)

Valor Entrada (mV)

Ganancia Voltaje (mV/mV)

950,453 707,547 1000 0,707510000 994,253 1000 0,9943 102329102329 719,185 1000 0,7192

Tabla 1. Valores obtenidos en simulación

III. IMPLEMENTACIÓN CON LM741

El circuito implementado usando dos amplificadores operacionales LM741, se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Circuito con LM741

Para observar el comportamiento en frecuencia del filtro tomamos tres puntos clave que fueron: la frecuencia de corte inferior (Figura 5), una frecuencia en banda plana (Figura 6) y la frecuencia de corte superior (Figura 7).

Para la frecuencia de corte inferior, la respuesta del circuito se muestra en la figura 5.

Figura 5. Respuesta circuito f=1kHz

En la figura 6, observamos que en banda plana la ganancia es aproximadamente uno.

Figura 6. Respuesta circuito f=11kHz

Como se ve en la figura 7, obtenemos a la salida una onda senoidal deformada en sus valores picos, razón por la cual se consideró cambiar los amplificadores operacionales por uno de precisión, como lo es el OPA 4131.

Figura 7. Respuesta circuito f=100kHz

Frecuencia (kHz)

Valor Salida (mV)

Valor Entrada (mV)

Ganancia Voltaje (mV/mV)

1,05 135 201 0,671611,76 190 193 0,984594,745 124 194 0,6391

Tabla 2. Valores obtenidos en simulación

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IV. IMPLEMENTACIÓN CON OPA4131

Para disminuir el nivel de ruido a la salida se cambió el opamp LM741 por un opa 4131. El circuito implementado se muestra en la Figura 4.

Figura 8. Circuito con Opa 4131

Para observar el comportamiento en frecuencia del filtro tomamos tres puntos clave que fueron: la frecuencia de corte inferior (Figura 9), una frecuencia en banda plana (Figura 10) y la frecuencia de corte superior (Figura 11).

Para la frecuencia de corte inferior, la respuesta del circuito se muestra en la figura 9.

Figura 9. Frecuencia de corte inferior

En la figura 10, observamos que en banda plana la ganancia es aproximadamente uno.

Figura 10. Frecuencia en banda plana

Para la frecuencia de corte superior, la respuesta del circuito se muestra en la figura 11.

Figura 11. Frecuencia de corte superior

Frecuencia (kHz)

Valor Salida (V)

Valor Entrada (V)

Ganancia Voltaje (V/V)

1 1,46 2,04 0,715710 1,96 2,02 0,9703100 1,18 2 0,59

Tabla 3. Valores obtenidos al implementar con Opa 4131

V. CONCLUSIONES

Una restricción al diseñar un filtro Pasabanda es que como está formado por un filtro pasaaltas y un filtro

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pasabajas no ideales, los cuales no tienen un ancho de banda infinito entonces se complica obtener la frecuencia de corte del diseño.

El valor de frecuencia de corte de un filtro también se ve afectado al implementar el diseño con valores de resistencia comerciales y su respectiva tolerancia.

La respuesta en frecuencia del circuito tanto en magnitud como en la forma de la señal de salida se ve afectada por la referencia del amplificador operacional, obteniéndose mejores resultados con un OPA (Operational Precision Amplifier).

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