DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE FILTROS PASA BAJA, PASA BANDA Y PASA ALTA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE TAPACHULA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE FILTROS ACTIVOS PASA BAJA,
PASA BANDA Y PASA ALTA
INGENIERÍA EN MECATRÓNICA
SÉPTIMO CUATRIMESTRE
TURNO VESPERTINO
CICLO ESCOLAR: ENERO-ABRIL 2019
MAESTRO:
ING. JOSÉ EDUARDO PACHECO FLORES
ALUMNOS:
ERVIN JULIÁN AGUIRRE MARTÍNEZ
ABEL SANTIZO RODAS
STEVEN ALAÍN CRUZ PÁEZ
JOEL ALBERTO FIGUEROA PALACIOS
JAIRO RAFAEL CELESTINO CRUZ
MIGUEL ÁNGEL BAUTISTA MIRÓN
SERGIO ESTEBAN VERA CELAYA
13 de mayo de 2019
INTRODUCCIÓN
El concepto de filtros ha sido parte integral de la evolución de la ingeniería
eléctrica desde su inicio. Varios logros tecnológicos no habrían sido posibles sin los
filtros eléctricos. Debido al prominente papel de los filtros, se han realizado muchos
esfuerzos en relación con la teoría, el diseño y la construcción de filtros y muchos
artículos y libros se han escrito acerca de ellos. Por medio de este documento se
diseña y construye filtros activos, pero centrándonos en los filtros pasa baja, pasa
alta y pasa banda. Como un dispositivo selectivo de frecuencia, es posible utilizar
un filtro para limitar el espectro de frecuencias de una señal en cierta banda de
frecuencias específica. Para la realización de las practicas se utilizará un generador
de frecuencias por medio de una aplicación móvil y se hará los respectivos cortes
de frecuencia y así observarlos en el osciloscopio como parte de nuestra formación
ingenieril.
FILTROS ACTIVOS
Se afirma que es un filtro activo si lo componen elementos activos (tales como
transistores y amplificadores operacionales) además de los elementos pasivos R, L
y C. Los filtros pasivos considerados en la sección anterior tienen tres limitaciones
principales. Primero, no pueden generar una ganancia mayor a 1; no es posible que
los elementos pasivos agreguen energía a la red. Segundo, es probable que
requieran bobinas voluminosas y caras. Tercero, se comportan de manera
deficiente a frecuencias por debajo del intervalo de audiofrecuencias (300𝐻𝑧 < 𝑓 <
3000𝐻𝑧). A pesar de eso, los filtros pasivos son útiles a altas frecuencias. Los filtros
activos están compuestos por combinaciones de resistencias, capacitores y
amplificadores operacionales. Ofrecen algunas ventajas con respecto a los filtros
RLC pasivos. (BOYLESTAD, 2009)
Ilustración 1. Filtros activos
FILTRO PASA BAJAS
Un filtro paso bajo es un filtro que permite las señales situadas por debajo de
una frecuencia de corte (conocida como banda de paso) y atenúa las señales
situadas por encima de la frecuencia de corte (conocida como banda de
atenuación). Al eliminar algunas frecuencias, el filtro crea un efecto de suavizado.
Es decir, el filtro produce cambios lentos en los valores de salida para facilitar la
observación de tendencias y aumentar la proporción de señal a ruido con una
degradación mínima de la señal. (The MathWorks, Inc., 2019)
A continuación, se muestra el diagrama electrónico de la practica realizada
para la construcción de un filtro activo pasa bajas:
Ilustración 2. Diagrama electrónico del filtro activo pasa bajas
La frecuencia de corte para nuestro filtro es:
𝑓𝑂𝐻 =
1
2𝜋(100×103 )(0.1×10−6 )
= 15.91𝐻𝑧
FILTROS PASA ALTAS
Un filtro paso alto es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en
frecuencia se atenúan los componentes de baja frecuencia, pero no los de alta
frecuencia. Al eliminar algunas frecuencias, el filtro crea un efecto de suavizado. Es
decir, el filtro produce cambios lentos en los valores de salida para facilitar la
observación de tendencias y aumentar la proporción de señal a ruido con una
degradación mínima de la señal. (The MathWorks, Inc., 2019)
A continuación, se muestra se muestra el diagrama electrónico de la practica
realizada para la construcción de un filtro activo pasa altas:
Ilustración 3. Diagrama electrónico del filtro activo pasa altas
La frecuencia de corte para nuestro filtro es:
𝑓𝑂𝐻
1
=
= 58.94𝐻𝑧
2𝜋(27 × 103 )(0.1 × 10−6 )
FILTROS PASA BANDAS
El filtro pasa banda cumple la función de dejar pasar ciertas frecuencias,
localizadas dentro de un ancho de banda determinado, y atenúa las que se
encuentran fuera de este ancho. Son la frecuencia de corte inferior y la frecuencia
de corte superior las que determinan, a partir de su posición, cuáles serán las
frecuencias inferiores y mayores a atenuar. ( cc3 musiki , 2006)
A continuación, se muestra se muestra el diagrama electrónico de la practica
realizada para la construcción de un filtro activo pasa bandas:
Ilustración 4. Diagrama electrónico del filtro activo pasa altas
La frecuencia de corte para nuestro filtro es:
𝑓𝑂𝐻1 =
𝑓𝑂𝐻2 =
1
= 58.94𝐻𝑧
2𝜋(27 × 103 )(0.1 × 10−6 )
1
= 15.91𝐻𝑧
2𝜋(100 × 103 )(0.1 × 10−6 )
Esto significa que nuestra señal quedará atenuada por esas dos frecuencias
solamente permitiendo el paso a las señales que oscilen entre la frecuencia de corte
alta y la frecuencia de corte baja.
GENERADOR DE FRECUENCIAS
La aplicación que se uso es Frecuency Sound Generator para la generación de
funciones y así poder realizar las prácticas:
Ilustración 5. Generador de frecuencias
PRACTICAS
Los filtros se pusieran en la placa perforada universal:
Ilustración 6. Filtros activos pasa altas y pasa bajas en placa universal
CONCLUSIÓN
En conclusión, para la aplicación del uso de señales es necesario el uso de filtros
activos o pasivos dependiendo de la robustez de su aplicación, dependiendo de la
adquisición de señal y la frecuencia de trabajo vallamos a utilizar, sabemos que un
filtro pasivo se compone de elementos pasivos como resistencias, bobinas y
capacitores y según la configuración puede ser pasa alta, pasa baja y pasa banda;
ahora cuando estos elementos se encuentra con amplificadores operaciones ya
estamos usando filtros activos, sin duda su construcción no es muy compleja pero
el diseño va con respecto a la función de transferencia y es necesario hacer los
cálculos para su construcción.