INFORME LABORATORIO No 1 Filtro pasa bajas básico. Wolfang Ferney Gomes Cárdenas. Email: [email protected]Código: 20440814110 ABSTRACT there are plenty of filters but mainly can be divided into passive and active as well in the lab working one in particular is the most basic low pass active filter to start with the line of active filters. active low pass filter of first order is based on the principle of operation of a passive filter or analog which in this case is an RC filter consisting of a capacitor and a resistor in series, characterized by pass all frequencies below and cutoff frequency attenuate frequencies above. These circuits are mainly used in cleaning and audio transmission signals and AC sources among others. Palabras claves: filtro RC frecuencia 1. INTRODUCCIÓN El filtro pasa bajas es un filtro que al aplicarle una señal a una frecuencia dada permite el paso de la señal por debajo de su frecuencia de corte, las señales aplicadas por encima de dicha frecuencias son atenuadas por el circuito en serie RC donde el condensador presenta una gran oposición a corrientes altas dependiendo de su capacitancia, pero permite el paso de corrientes bajas ya que la señal entregada por la resistencia idealmente no lograría saturarlo. En el laboratorio se comprueba el funcionamiento del filtro regido al cálculo matemático que se implementa y que es característico de la respuesta en frecuencia que se prevea, se hace el montaje del circuito con los valores de condensador y resistencia que se van a calcular a fin de comprobar el marco teórico con el marco practico OBJETIVOS
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INFORME LABORATORIO No 1
Filtro pasa bajas básico.Wolfang Ferney Gomes Cárdenas.Email: [email protected]
Código: 20440814110
ABSTRACTthere are plenty of filters but mainly can be divided into passive and active as well in the lab working one in particular is the most basic low pass active filter to start with the line of active filters.active low pass filter of first order is based on the principle of operation of a passive filter or analog which in this case is an RC filter consisting of a capacitor and a resistor in series, characterized by pass all frequencies below and cutoff frequency attenuate frequencies above. These circuits are mainly used in cleaning and audio transmission signals and AC sources among others.Palabras claves: filtro RC frecuencia
1. INTRODUCCIÓNEl filtro pasa bajas es un filtro que al aplicarle una señal a una frecuencia dada permite el paso de la señal por debajo de su frecuencia de corte, las señales aplicadas por encima de dicha frecuencias son atenuadas por el circuito en serie RC donde el condensador presenta una gran oposición a corrientes altas dependiendo de su capacitancia, pero permite el paso de corrientes bajas ya que la señal entregada por la resistencia idealmente no lograría saturarlo.En el laboratorio se comprueba el funcionamiento del filtro regido al cálculo matemático que se implementa y que es característico de la respuesta en frecuencia que se prevea, se hace el montaje del circuito con
los valores de condensador y resistencia que se van a calcular a fin de comprobar el marco teórico con el marco practico
OBJETIVOS
Conocer la estructura de funcionamiento del filtro pasa bajas usando el amplificador operacional LM358
Observar la respuesta de señal del operacional aplicando diferentes configuraciones de frecuencia
Verificar el funcionamiento del operacional con respecto a sus especificaciones y por tanto del filtro respecto a la propuesta de respuesta en señal dad matemáticamente
Ver hasta qué punto es estable y eficiente
Ver gráficamente la atenuación de señales por encima y por debajo de la frecuencia de corte
Comprobar cambios de fase y amplitud de la señal resultante respecto a las señales inyectadas al filtro
El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene además límites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100 dB.
El A.O. es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, la cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo tierra (o el punto de referencia que se considere).
Imagen opamp vi/vo
El amplificador inversor amplifica e invierte una señal de corriente o voltaje periódica. En este caso la señal de entrada sale amplificada en la salida, pero también desfasada 180° (invertida). La ganancia de tensión se obtiene con la fórmula:
AV = -Vout/Vin y AV = -R2/R1
Si Vin = 0.1 V = 100 mV y Vout = -10 V, entonces AV = -10 / 0.1 = -100.
El amplificador operacional no amplifica de la misma manera para todo el rango de frecuencias. Conforme la frecuencia de la señal a amplificar aumenta, la capacidad del Amplificador Operacional para amplificar disminuye.
Imagen de ganancia del opamp
Hay una frecuencia para la cual la ganancia de tensión ha disminuido al 70.7 % de la ganancia a frecuencias medias.
Esta es la frecuencia de corte y nos indica el límite superior del ancho de banda (BW) de este Op. Amp.
Si se aumenta la señal de entrada en amplificador operacional, aumentará también la salida. Pero hay un límite máximo al que puede llegar la salida (aproximadamente entre 1.5 y 2 voltios menos que la tensión entregada por las fuentes de alimentación). Después de esta tensión, aunque aumentemos la entrada la salida no aumentará
Entonces hay una señal de entrada máxima que hará que la señal de salida llegue también a su máximo. (Máximo permitido por la fuente). Si señal de entrada es mayor a ésta se produce la saturación y la tensión de salida será recortada en los picos negativos y positivos. Ver la figura.
Figura de saturación
Tierra virtual
Cuando un amplificador operacional no está saturado, trabaja en condiciones normales.
Así la diferencia de tensión entre la entrada inversora y tierra es casi 0 voltios. Entonces se dice que la
entrada inversora es una tierra virtual.
Si el amplificador entra en saturación, lo anterior ya no es cierto, pues aparece una tensión entre la entrada inversora y tierra.
FILTRO PASA BAJAS BÁSICO
El filtro pasa bajas a implementar en este laboratorio consiste en filtro basado en un circuito RC el cual es el corazón del montaje; este filtro funciona gracias a la función de transferencia de primer orden que matemáticamente es:
Vo=
1j∗w∗c
R+1
j∗w∗c
∗Ei
Función de transferencia para un circuito en serie RC
Básicamente lo que sucede en este circuito es que por medio de la resistencia se carga el condensador con un nivel de señal soportado por las características técnicas del mismo de esta forma es que se filtra la señal ya que por encima de la saturación del condensador se crea una limitación la cual se conoce como frecuencia de corte y a partir de esta el circuito RC atenúa todas las frecuencias por encima de WC
y ahora que se ha filtrado la señal hay un problema y es que este circuito se usa con voltajes y corrientes muy bajas por lo tanto a la salida del filtro la intensidad y corriente es aún más baja de tal forma que al ponerle una RL no solo cambiaría la respuesta del filtro sino que haría caer la señal de salida prácticamente cancelando al condensador por lo tanto se necesita un sistema que aísle y amplifique la señal obtenida por el filtro y es entonces cuando se aplica el amplificador operacional que en este caso se montara como seguidor es decir con ganancia uno como se muestra en el circuito a implementar.
CIRCUITO.
Este circuito se puede representar matemáticamente hallando las variables de la siguiente manera.
W es la frecuencia en radianes por segundo (W=(2∗π )∗fc) y j es igual a √−1 reescribiendo la ecuación 1 tenemos:
Acl=VoEi
= 11+( j∗w∗R∗C)
Acl es la ganancia del filtro de lo cual se puede analizar que es lineal de la forma en que si W se aproxima a cero Acl se aproxima a uno y viceversa.
DISEÑO DEL FILTRO.
W.C. es la frecuencia de corte y se define cuando la respuesta del filtro es 0.707 veces la señal de entrada y se calcula así:
Wc= 1R∗C
=2∗π∗fc
Esto en radianes pero se necesita la respuesta en Hertz lo cual se obtiene así respecto al valor de la resistencia:
R= 1Wc∗C
= 12∗π∗fc∗C
RESPUESTA DEL FILTRO
El valor de Acl a Wc se encuentra al hacer WRC=1 en la siguiente ecuación:
Acl= 11+ j∗1
= 1
√2∠ 45°
Por lo tanto la magnitud de Acl a Wc es:
|Acl|= 1
√2=0.707=−3dB
Con un ángulo de desfase de −45°
MAGNITUD Y ÁNGULO DE FASE PARA EL FILTRO PASA BAJAS
De esta forma ya se caculo el filtro ahora se procede con la simulación, montaje y cotejo de resultados
SIMULACIÓN EN PROTEUS.
Se puede observar el filtro RC amplificado a ganancia 1 no invertido.
Ahora se inyecta una señal con el generador de señales para ver la respuesta del filtro en el osciloscopio. Y de esta forma se obtienen los siguientes resultados.
1- Según la tabla a 0.001Wc es decir el generador en 3.1hz
2- Según la tabla a 0.25Wc es decir el generador en 780.565hz
3- Según la tabla a 0.5Wc es decir el generador en 1561.13hz
4- Según la tabla a Wc es decir el generador en 3122.26hz
5- Según la tabla a 2Wc es decir el generador en 6244.52hz
6- Según la tabla a 4Wc es decir el generador en 12489.1hz
7- Según la tabla a 10Wc es decir el generador en 31222hz
5- MONTAJE Y COTEJO DE RESULTADOS
Montaje:
6- AJUSTE DE EQUIPOS
7- COTEJO DE RESULTADOS
1- Según la tabla a 0.001Wc es decir el generador en 3.1hz
2- Según la tabla a 0.25Wc es decir el generador en 780.565hz
3- Según la tabla a 0.5Wc es decir el generador en 1561.13hz
4- Según la tabla a Wc es decir el generador en 3122.26hz
5- Según la tabla a 2Wc es decir el generador en 6244.52hz
6- Según la tabla a 4Wc es decir el generador en 12489.1hz
7- Según la tabla a 10Wc es decir el generador en 31223hz
describa los cambios si se retira el voltaje de alimentación negativo (-12v).
En caso el operacional lm745 no funciona por sus especificaciones técnicas pero de todas maneras a veces muestra una señal por error en la salida que es incoherente con la del simulador o simplemente no muestra nada pero el LM358 si funciona aunque no amplifica totalmente pero con respecto al LM741 se puede observar la siguiente imagen
Osciloscopio
8. CONCLUCIONES- Un amplificador
operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señales normales o definidas por fabricantes. Que pueden ser manejadas por configuraciones básicas de un amplificador operacional. Y por medio de Operaciones lógicas básicas en este caso como pasa bajas básico.
-9. BIBLIOGRAFIA Y
REFERENCIAS- Http://
www.unicrom.com/Tut_opamp2.asp
- http:// www.alldatasheet.com/
- JOHNSON, HILBURN Y JOHNSON. “Análisis Básico
de Circuitos Eléctricos” Editorial Prentice Hall Inc. México. 1991.
-
Laboratorio No 02.Facultad de Ingeniería Electrónica.
