7/25/2019 Filtros basicos (Señales electricas)

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Trabajo autónomo N°1: Filtros electrónicos.

Calixto López Marcos Bernarde-mail: 1310174@utp.edu.pe

 

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RESUMEN: El presente informe describirá el funcionamiento de los algunos circuitos denominadosfiltros, los cuales seleccionan un rango de frecuenciasdeterminada para una señal eléctrica que pasa a travésde estos.PALABRAS CLAVE:  pasa-bajo, pasa-alto, pasa-banda,señal, frecuencia, variable compleja, bode.

I. INTRODUCCION

 Medida ue se !ue ampliando el conocimiento enel "

campo de la electricidad# espec$!icamente en eltratamiento de se%ales el&ctricas# !ue necesaria lain'ención de un nue'o dispositi'o ()eneralmente uncircuito* capaz de poder +modi!icar, dicas se%ales !ueas$ como se dio ori)en a los !iltros el&ctricos# los cuales#con el a'ance tecnoló)ico / el posterior estudio de laelectrónica# se lo)raron optimizar# )enerando as$ !iltrosms e!icientes.n la actualidad# existen una )ran cantidad de !iltros#pero todos cumplen una !unción concurrente# lo)rar discriminar un determinado ran)o de !recuencias.

Figura 1.1.  2iltro pasi'o pasa-ao.

ttp:55666.!orosdeelectronica.com5!305esuema-!iltro-pasa-ao-pasi'o-13835

Figura 1.2.  2iltro acti'o pasa-anda.9ttp:55constru/asu'ideorocola.com5pro/ecto;!iltros;pasa;anda.pp<9<

II. TORI!

 Función "e trans#erencia

Con independencia de la realización concreta del !iltro#sal'o ue dee ser lineal# (analó)ico# di)ital o mecnico*su !orma de comportarse se descrie por su  !unción detrans!erencia. =sta determina la !orma en ue la se%al

aplicada camia en amplitud / en !ase, para cada

!recuencia al atra'esar el !iltro dica salida.  9><.

  "l)unos !iltros aituales son:

• Filtro "e $utter%ort&: con una anda de paso

sua'e / un corte a)udo.

• Filtro "e C&eb's&e(: con un corte a)udo perocon una anda de paso con ondulaciones

• Filtros el)*ticos o #iltro "e Cauer :  ueconsi)uen una zona de transición ms aruptaue los anteriores a costa de oscilaciones entodas sus andas

• Filtro "e $essel: ue# en el caso de ser analó)ico# ase)uran una 'ariación de !aseconstante.

Figura 2.1.?arios !iltros analó)icos )enerados conMatla.9ttps:55commons.6iimedia.or)56ii52ile:2iltros;electr.A.<.

e puede lle)ar a expresar matemticamente la !unciónde trans!erencia en !orma de !racción mediante lastrans!ormaciones en !recuencia adecuadas. e dice uelos 'alores ue acen nulo el numerador son los ceros /los ue acen nulo el denominador son polos.

l nDmero de polos / ceros indica el orden del !iltro / su

'alor determina las caracter$sticas del !iltro# como surespuesta en !recuencia / su estailidad.

Or"en

l orden de un !iltro descrie el )rado de aceptación orecazo de !recuencias por arria o por deao# de larespecti'a !recuencia de corte. En !iltro de primer orden#cu/a !recuencia de corte sea i)ual a (2*# presentar unaatenuación de F dB en la primera octa'a (82*# 18 dB enla se)unda octa'a (42*# 1G dB en la tercera octa'a (G2*

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/ as$ sucesi'amente. i ueremos conocer la pendientede atenuación del !iltro cuando disponemos de larelación de !recuencias en t&rminos de d&cadas (102*# lacorrespondencia es de 80 dB5d&cada para primer orden#40 dB para se)undo# etc. (siempre representado enescala lo)ar$tmica*.

2i)ura 8.8. ?arios !iltros analó)icos )enerados conMatla.

ara realizar !iltros analó)icos de órdenes ms altos sesuele realizar una conexión en serie de !iltros de 1H o 8Horden deido a ue a ma/or orden el !iltro se ace mscompleo. in emar)o# en el caso de !iltros di)itales es

aitual otener órdenes superiores a 100. 9...<. 1

 9<Ti*os "e #iltros

Ia/ distintos tipos de clasi!icación de !iltros.

•  "tendiendo a la )anancia:

o Filtros *asi(os: los ue atenuarn lase%al en ma/or o menor )rado. eimplementan con componentespasi'os como condensadores# oinas/ resistencias.

o Filtros acti(os: son los ue puedenpresentar )anancia en toda o parte dela se%al de salida respecto a la de

entrada. n su implementación suelenaparecer   ampli!icadoresoperacionales. Ao suelen contener oinas# sal'o en el caso de!recuencias mu/ altas.

•  "tendiendo a su respuesta en !recuencia:

o Filtro *aso bajo: s auel uepermite el paso de !recuencias aas#desde !recuencia 0 o continua astauna determinada. resentan ceros aalta !recuencia / polos a aas!recuencia.

o Filtro *aso alto: s el ue permite elpaso de !recuencias desde una!recuencia de corte determinada aciaarria# sin ue exista un l$mite superior especi!icado. resentan ceros a aas!recuencias / polos a altas

!recuencias.

o Filtro *aso+ban"a: on auellos uepermiten el paso de componentes!recuenciales contenidos en undeterminado ran)o de !recuencias#comprendido entre una !recuencia decorte superior / otra in!erior.

o Filtro elimina ban"a:   s el uedi!iculta el paso de componentes!recuenciales contenidos en undeterminado ran)o de !recuencias#comprendido entre una !recuencia decorte superior / otra in!erior.

o Filtro *aso+to"o  o ecuali,a"or "e

#ase:  Jdealmente no presentaatenuación# sino ue in!lu/e sólo sorela !ase.

o Filtro multi+ban"a:  s ue presenta'arios ran)os de !recuencias en loscuales a/ un comportamientodi!erente

o Filtro (ariable: s auel ue puede

camiar sus mr)enes de !recuencia

•  "tendiendo al m&todo de dise%o:

o 2iltro de Butter6ort

o 2iltro de Ce/se' J  / 2iltro deCe/se' JJ

o 2iltro de Cauer  (el$ptico*

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o 2iltro de Bessel

•  "tendiendo a su aplicación:

o Filtro "e re". ste tipo de circuitoimpide la entrada de ruido externo#adems impide ue el sistemacontamine la red# de tal !orma ue sepueden utilizar !uentes analó)icas /di)itales o !uentes  KM  ue a!ectenne)ati'amente el resto del euipo.ami&n es posile corre)ir el !actor de potencia /a ue el circuito reducesi)ni!icati'amente los picos decorriente )enerados por elcondensador al car)arse. l circuitoconsiste sicamente en un !iltro pasoao en donde la primera oinaelimina ruido en )eneral (!recuencias

altas*# unto con los condensadores. ltrans!ormador elimina el ruidosorante# ue los condensadores noeliminan. "l trans!ormador se ledenomina coue de modo comDn.on los utilizados para )arantizar lacalidad de la se%al de alimentación#&stos tienen como oeti'o eliminar ruidos tanto en modo comDn como enmodo di!erencial.

• tros tipos:

o Filtros *ie,oel-ctricos.  ste !iltro

apro'eca las propiedades resonantesde determinados materiales como elcuarzo. ste cristal de cuarzo se utilizacomo componente de control de la!recuencia de circuitos osciladorescon'irtiendo las 'iracionesmecnicas en 'oltaes el&ctricos a una!recuencia espec$!ica. sto ocurredeido al  e!ecto piezoel&ctrico. n unmaterial piezoel&ctrico# al aplicar unapresión mecnica sore un ee# darcomo consecuencia la creación de unacar)a el&ctrica. n al)unos materiales#se encuentra ue aplicando un campo

el&ctrico se)Dn un ee# produce unade!ormación mecnica se)Dn otro eeuicado a un n)ulo recto respecto alprimero. or las propiedadesmecnicas# el&ctricas# / u$micas# elcuarzo es el material ms apropiadopara !aricar dispositi'os con!recuencia ien controlada. ami&nexisten !iltros como el de !errita  ueexiste en mucos cales. s normalencontrrselos en las pantallas delcomputador .   "u$ se tiene la

propiedad de presentar distintasimpedancias a alta / aa !recuencia.

o Filtros atómicos/098

III. FITRO $!ICO

Ne acuerdo a la clasi!icación antes mencionada# los!iltros mostrados a continuación se encontraran en laclasi!icación ue atiende la respuesta en !recuencia.

Filtro *aso bajo

En #iltro *aso bajo  corresponde a un !iltro electrónicocaracterizado por permitir el paso de las !recuenciasms aas / atenuar las !recuencias ms altas.93

Figura 3.1. 2iltro paso-ao. 9ttp:55la1)7.lo)spot.pe5<

2unción de trans!erencia (I(**:

 H (s)=  1

 RCs∗1

Nia)rama de ode:

Figura 3.2. Nia)rama de ode para el !iltro paso-ao dela !i)ura 3.1 en el cual: OP1Q# CP1u2 / RP.

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Filtro *aso+alto

En !iltro paso alto (I2* es un tipo de  !iltro electrónicoen cu/a respuesta en !recuencia se atenDan lascomponentes de aa !recuencia pero no las de alta!recuencia# &stas incluso pueden ampli!icarse  en los!iltros acti'os.94

Figura 3.3. 2iltro paso-ao. 9ttp:55la1)7.lo)spot.pe5<

2unción de trans!erencia (I(**:

 H (s)=  RCs

 RCs+1

Nia)rama de ode:

Figura 3.4. Nia)rama de ode para el !iltro paso-alto dela !i)ura 3.3# en el cual OP1Q# CP1u2 / RP1.

Filtro *aso ban"a

l circuito ue se muestra a continuación es un !iltroasa anda. (2iltro paso ao S !iltro paso alto*# / sólodea pasar un ran)o de !recuencias delimitada por dos!recuencias de corte: T2c1: 2recuencia de corte del !iltro paso-alto.(2recuencia de corte in!erior* T2c8: 2recuencia de corte del !iltro paso-ao.(2recuencia de corte superior* 9

Figura 3.5. 2iltro paso-anda (unión de un paso-ao /un paso-alto*.

2unción de trans!erencia (I(**:

 R1C 

1+ R

 R1 R

2C 

1C 

2S

2+(¿¿1C 2+ R2C 

2)S+1

 R1C 

1S

¿ H (s)=¿

Nia)rama de ode:

Figura 3.6. Nia)rama de ode para el !iltro paso-andade la !i)ura 3.

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I7. 89O

 " continuación se muestran al)unos )r!icos uemuestran la respuesta en !recuencia de los !iltrosmencionados# as$ como su espectro# !orma de onda /respuesta ante un impulso unitario.

Filtro *aso bajo

Figura 4.1. Oespuesta en !recuencia de un !iltro paso-ao.

Filtro *aso+alto

Figura 4.2. Oespuesta en !recuencia de un !iltro paso-alto.

Filtro *aso+ban"a

Figura 4.3. Oespuesta en !recuencia de un !iltro paso-anda.

Filtro rec&a,a+ban"a

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Figura 4.4. Oespuesta en !recuencia de un !iltrorecaza-anda.

7. Obser(aciones.

  !l aumentar el n;mero "e *olos "e

un #iltro la atenuación "e la se<al en

las *artes "e rec&a,o es m=s

abru*ta> *or lo ?ue el @#iltra"oA esm=s #ino.

7I. Re#erencias.1. &tt*s:BBes.%ii*e"ia.orgB%iiBFiltroelectr 

EC3E$3nico

2. &tt*s:BBes.%ii*e"ia.orgB%iiBFiltroanaEC3E$3gico

3. &tt*s:BBes.%ii*e"ia.orgB%iiBFiltro*aso bajo

4. &tt*s:BBes.%ii*e"ia.orgB%iiBFiltro*aso alto

5. &tt*s:BBes.%ii*e"ia.orgB%iiBFiltro*aso ban"a

F. &tt*:BBunicrom.comB#iltro+rc+*asa+ban"aB

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