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.