AMPLIFICADOR-LM741 FILTROS ACTIVOS

Franklin Jancovick varón huertasJesús camilo Villamil

varon995_2011@hotmail.com

RESUMEN: el procesamiento de señales compete una sección a priori en la instrumentación analógica, ahora bien dado esto se lleva a cabo una práctica que corresponde a la utilización de filtros, los cuales involucran la participación una vez más del amplificador operacional. Estos filtros representan un mejoramiento considerable de la señal que se pretende procesar, reduciendo así el margen de errores y optimizando los procesos para su análisis.

MARCO TEÓRICO

FILTRO: dispositivo que discrimina una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase.

FRECUENCIA: es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo.

Señal: se entiende por señal a la representación variable de una variable física.

Señal analógica: Una Señal Analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas.

Fase: La fase indica la situación instantánea en el ciclo, de una magnitud que varía cíclicamente, siendo la fracción del periodo transcurrido desde el instante correspondiente al estado tomado como referencia. Podemos representar un ciclo en un círculo de 360º, diciendo que "fase" es la diferencia en grados entre un punto dentro de este círculo y su comienzo, una rotación de 360º es equivalente a un ciclo completo.

Longitud de onda: La longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda. En el caso de las ondas electromagnéticas esa propiedad física (que varía en el tiempo produciendo una perturbación) puede ser, por ejemplo, su efecto eléctrico (su campo eléctrico) el cual, según avanza la onda, aumenta hasta un máximo, disminuye hasta anularse, cambia de signo para hacerse negativo llegando a un mínimo (máximo negativo). Después, aumenta hasta anularse, cambia de signo y se hace de nuevo máximo (positivo). Esta variación del efecto eléctrico en el tiempo, si la representamos en un papel, obtenemos "crestas" y "valles" (obtenemos una curva sinusoidal) pero la onda electromagnética no "tiene" crestas y valles.

Ruido: Se denomina ruido eléctrico, interferencias o parásitos a todas aquellas señales, de origen eléctrico, no deseadas y que están unidas a la señal principal, o útil, de manera que la pueden alterar produciendo efectos que pueden ser más o menos perjudiciales.

Cuando la señal principal es analógica, el ruido será perjudicial en la medida que lo sea su amplitud respecto a la señal principal.

Cuando las señales son digitales, si el ruido no es capaz de producir un cambio de estado, dicho ruido será irrelevante. Sin descartar que el ruido nunca se puede eliminar en su totalidad.

1 INTRODUCCIÓN

La necesidad de realizar procesamiento de señales y su correspondiente análisis impulsa al diseño de filtros, bien sean activos o pasivos.

El procesamiento de señale involucra todo una serie de fases de análisis a fin de

obtener los patrones (información) de la misma, sépase que en el entorno existen infinidad de señales electromagnéticas cada una con su correspondiente fase, longitud de onda que deambulan por el ambiente, esta infinidad de señales que están en el aire representan una perturbación a la obtención de una señal que deseamos procesar, claro está si esta la deseamos tomar del medio, el cruce (superposición) de las demás señales con la nuestra, claro está si son coherentes genera lo que comúnmente denominamos RUIDO cuando recibimos nuestra s señal en el sistema de análisis. Dado la anterior particularidad y con lo cual se obtienen parte de la señal que no pertenecen a ella se implementa un bloque filtrador de frecuencias una sección antes de que la señal entre en el sistema de análisis, este presenta unas especificaciones principales de filtrado, que son sus frecuencias de corte, éstas se fijan según conveniencia.

2 PROCEDIMIENTO

2.1 INICIO MATERIALES Y HERRRAMIENTAS

-madera-Protoboard-multímetro-cable para conexión

2.2 PLANTEAMIENTO

La implementación se llevara a cabo con cuatro montes principales.F.pasobajasF.pasoaltasF.pasobandasF. supresor de banda

2.3 FUNDAMENTO TEORICOFiltro pasobajas:Un filtro paso bajo corresponde a un filtro electrónico caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas.1 El filtro requiere de dos terminales de entrada y dos de salida, de una caja negra, también denominada cuadripolo o bipuerto, así todas las frecuencias se pueden presentar a la entrada, pero a la salida solo estarán presentes las que permita pasar el filtro. De la teoría se obtiene que los filtros están caracterizados por sus funciones de transferencia, así cualquier configuración de elementos activos o pasivos que consigan cierta función de transferencia serán considerados un filtro de cierto tipo.La frecuencia del filtro de unsolo polo es f=(1/2πRC)El amplificador operacional en este filtro se conecta como amplificadorno inversor con la ganancia de voltaje en lazo cerrado en la banda de paso establecida por

los valores de R1 y R2

FIGURA-1

FILTRO PASOALTAS: Un filtro paso alto (HPF) es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas incluso pueden amplificarse en los filtros activos.1 La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación. La frecuencia de corte para un circuito paso altas es:F=1/(2πRC)

FIGURA-2

FILTRO PASOBANDAS: Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto.

FIGURA-3

Las frecuencias de corte de un filtro paso bandas se despejan de la siguiente ecuación:

FIGURA-4

FILTRO SUPRESOR DE BANDA:El filtro suprime banda, también conocido como «filtro elimina banda», «filtro notch», «filtro trampa» o «filtro de rechazo de banda» es un filtro electrónico que no permite el paso de señales cuyas frecuencias se encuentran comprendidas entre las frecuencias de corte superior e inferior.

FIGURA-5

FIGURA-6

En la figura-5 y 6 se visualiza el esquema del filtro supresor de banda así como la respuesta del filtro respectivamente.

Sus frecuencias de corte son:FC1=1/2ΠR1C1

FC2=1/2ΠR2C2

2.4 IMPLEMENTACION

FILTRO PASOBAJAS:Para este filtro se fija como frecuencia de corte Fc=10 KHz.Esto se logra dejando fijo una capacitancia de 1 µf y con el uso de la formula especificada para el filtro pasa bajas se despeja la resistencia correspondiente.R=15Ω

En la implementación se sigue el esquema de la figura-1.

La implementación y resultados se visualizan a continuación.

FIGURA.6

FILTRO PASO ALTAS: para este filtro se especifica la frecuencia de corte como Fc=5KHz. Para lo cual se usa el mismo método de la implementación anterior, se despeja R con C=1µf, y tenemos R=30Ω.

RESULTADOS:

FIGURA-7

FIGURA-8

FILTRO PASO BANDAS:

Este filtro se implementa con las siguientes especificaciones para les frecuencias de corte:

Fc1=5KHzFc2=10 KHz

Este se implementa con la ayuda de los dos filtros anteriores, pues un filtro paso bandas se puede lograr con una implementación particular de un filtro como tal, o como la unión en cascada de un filtro paso altas y otro paso bajas, donde el paso altas corresponde a la frecuencia menor y el paso bajas a la frecuencia mayor.

RESULTADOS:

FIGURA-9

FIGURA-10

FILTRO SUPRESOR DE BANDA: En esta sección final de las implementaciones de filtros, se lleva a cabo la implementación del filtro del esquema de la figura-5.

La capacitancia presente en el circuito se mantiene constante para cada sección, paso altas y paso bajas, C=1µf.

Las resistencias que se incorporan son las que corresponden a el paso bajas y paso altas de las anteriores implementaciones.

RESULTADOS:

3 SIMULACIONFILTRO PASO BAJAS:

FILTRO PASO ALTAS:

FILTRO PASO BANDAS:

FILTRO SUPRES OR DE BANDA:

4 CONCLUSIONES-esta aplicación de los amplificadores operacionales amplía mas la posibilidad de realizar el análisis de una señal con el uso casi completamente de amplificadores operacionales.

5 REFERENCIASMonografías.com

-Dispositivos electrónicos-Thomas L.Floyd

-Electrónica:teoría de circuitosy dispositivoselectrónicosROBERT L. BOYLESTADLOUIS NASHELSKY