Informe TP Nº 9 "Filtros de Señal"

Introducción teórica

Un filtro es un circuito que nos permite el paso de una banda de frecuencia específica mientras atenúa todas las señales fuera de esta banda.

Atendiendo a la ganancia, podemos encontrar dos tipos de filtro:

 
Filtros pasivos. Los que atenuarán la señal en mayor o menor grado. Se implementan con componentes pasivos como condensadores, bobinas y resistencias.
Filtros activos. Son los que pueden presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto a la de entrada. En su implementación suelen aparecer amplificadores operacionales. No suelen contener bobinas, salvo en el caso de frecuencias muy altas.

Los inductores no se utilizan a menudo en los filtros activos de vida, porque son voluminosos y costosos.


Atendiendo a su respuesta en frecuencia, encontramos los siguientes filtros:

Filtro paso bajo. Es aquel que permite el paso de frecuencias bajas, desde frecuencia 0 ó continua, hasta una determinada. Presentan ceros a alta frecuencia y polos a baja frecuencia.
Filtro paso alto. Es el que permite el paso de frecuencias desde una frecuencia de corte determinada hacia arriba, sin que exista un límite superior especificado. Presentan ceros a bajas frecuencias y polos a altas frecuencias.
Filtro paso banda. Son aquellos que permiten el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.
Filtro elimina banda. Es el que dificulta el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.

Desarrollo de la práctica

Filtro pasa bajos:

1) Armado del circuito:

• Valores calculados:

fc = 1/2π*R*C

fc = 1/2π*100kΩ*10nF

fc = 159,15 Hz

G = -R2/R1

G = -10

G[dB] = 20*log G

G[dB] = 20 dB

• Valores medidos:

f = 50 Hz

f = 70 Hz

f = 180 Hz

6) y 7)

a-

b-

8) Al aumentar el capacitor al doble la frecuencia de corte disminuye a la mitad.

fc = 1/2π*R*C*2

fc = 1/2π*100kΩ*10nF*2

fc = 79,57 Hz

Filtro pasa altos:

1) Armado del circuito:

• Valores calculados:

fc = 1/2π*R*C

fc = 1/2π*10kΩ*10nF

fc = 1,59k Hz

G = -R2/R1

G = -10

G[dB] = 20*log G

G[dB] = 20 dB

• Valores medidos:

f = 20 KHz

6) y 7)

a-

b-

8) Al aumentar el capacitor al doble la frecuencia de corte disminuye a la mitad.

fc = 1/2π*R*C*2

fc = 1/2π*10kΩ*10nF*2

fc = 795,77 Hz

11) Diseño:

60 Hz → 5V

50 Hz → 0V

1 Vpp ⇒ Vi = 0,5V

                Vo = 5V

Av = Vo/Vi

Av = 5V/0,5V

Av = 10

----------------------

C = 10µF       fc = 50 Hz

fc= 1/2π*R1*C

R1 = 1/2π*fc*C

R1 = 1/2π*50 Hz*10µF

R1 = 318,30 Ω

R1 = 330 Ω (Valor comercial)

Av = -R2/R1

R2 = Av*R1

R2 = 10 * 330 Ω

R2 = 3,3k Ω

Circuito:

Si fuese un filtro de mayor selectividad pasaría la f = 60 Hz y no la de 50 Hz, pero como es un filtro activo eso no sucede.

Conclusiones

En este trabajo práctico aprendimos las características y el funcionamiento de los distintos tipos de circuitos filtros, pasa altos, pasa bajos y pasa banda.

Además aprendimos a calcular el ancho de banda, frecuencia de corte y a calcular los valores de los componentes para el diseño de un filtro dependiendo de la aplicación necesaria.

Informe TP Nº 8 "Fuentes Reguladas Integradas"

Introducción teórica

Los reguladores lineales de tensión, también llamados reguladores de voltaje, son circuitos integrados diseñados para entregar una tensión constante y estable.

Estos dispositivos están presentes en la gran mayoría de fuentes de alimentación, pues proporcionan una estabilidad y protección sin apenas necesidad de componentes externos haciendo que sean muy económicos.

La familia

La tensión y corriente que proporcionan es fija según el modelo y va desde 3.3v hasta 24v con un corriente de 0.1A a 3A.

La identificación del modelo es muy sencilla. Las dos primeras cifras corresponden a la familia:

• 78xx para reguladores de tensión positiva
• 79xx para reguladores de tensión negativa

Las dos cifras siguientes corresponden al voltaje de salida:

• xx05 para tensión de 5v
• xx12 para 12v
• xx24 para 24v
• etc. etc.

Con respecto a la corriente máxima (Imáx) de salida, está indicada en el marcado del dispositivo. Por ejemplo, si entre la familia y el modelo aparece una L (78L05) indica que la corriente máxima de salida es de 0.1A.

• L = 0.1A
• M = 0.5A
• S = 2A
• T = 3A
• Sin letra = 1A

¿Cómo funciona?

Una visión simplificada, para entender su funcionamiento, sería verlos como un divisor de tensión que se reajusta constantemente para que la tensión entregada sea siempre la misma. Evidentemente no es tan simple como una par de resistencias ajustables. En el interior de un regulador lineal de tensión pueden encontrarse componentes activos, como transistores trabajando en su zona lineal, y/o pasivos, como diodos zener, en su zona de ruptura.

Tres terminales (pinout)

Los tres terminales corresponden a la Tensión de entrada (Vin), Tierra (ground) y Tensión de salida (Vout). Según el encapsulado, TO92, TO220 o TO3, la asignación de los pinouts puede variar. El que se muestra a continuación es un TO220.

Desarrollo de la práctica

1) Realizamos el siguiente circuito.

2) Variamos la tensión de entrada entre 4V y 10V; y registramos para cada valor la tensión de salida Vo.

a.- A partir de los 7V el circuito regula con una salida de aproximadamente 5V 

b.- La tensión de Drop-Out es la mínima diferencia de tensión entre la entrada y la salida dentro de la cual el circuito es todavía capaz de regular la salida dentro de las especificaciones.

c.- No, depende de cada circuito integrado.

d.-

3)

4) En el gráfico siguiente se puede apreciar, la tensión de Salida Vo en función de las resistencias.

5) En el gráfico siguiente podemos apreciar la potencia disipada por el integrado y la disipada por la carga en función de la resistencia de carga.

 6) En función de Drop-Out la Vi debe ser de 8V.

Conclusiones

En éste trabajo práctico aprendimos cómo funcionan las fuentes reguladas integradas, para ello utilizamos el 78L05 que regula a 5V que forma parte de la familia de reguladores de tensión positiva. Aprendimos también que:

• Las dos primeras cifras indican si son reguladores de tensión positiva o negativa.
• Las dos últimas cifras indican el voltaje de salida.
• La letra indica la corriente máxima de salida.

Sobre el drop-out podemos decir que es la mínima diferencia de tensión entre la entrada y la salida dentro de la cual el circuito es todavía capaz de regular la salida y que no es la misma para todas las fuentes reguladas integradas.