EXPERIMENTO (

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FILTROS ACTIVOS

INFORMACI6N BASICA

Filtros pasivosUnfiltro pasabajas transmite frecuencias bajas pero detiene las frecuenciasaltas. La figura 32-la) muestra una forma de construir un filtro pasabajas.En frecuencias muy bajas las reactancias inductivas tienden a 0 y las reac-tancias capacitivas a infinito. Esto equivale a decir que los inductores apa-recen como corto circuito y los capacitores como circuito abierto. Por lotanto, el voltaje de salida es igual al voltaje de entrada a frecuencias muybajas.

A medida que la frecuencia aumenta las reactancias inductivas crecen ylas reactancias capacitivas decrecen. En algrin punto, el voltaje de salidaempieza a decrecer. Para frecuencias muy altas los inductores aparecen co-mo circuitos abiertos y los capacitores como cortos circuitos; por lo tanto,el voltaje de salida tiende a 0.

La figura 32-lb) ilustra c6mo la ganancia de voltaje de un filtro pa-sabajas varia con la frecuencia. La ganancia de voltaje ideal es igual a launidad a frecuencias muy bajas. A medida que la frecuencia aumenta, f i-nalmente lq ganancia de voltaje empieza a decaer. Lafrecuetrcia de cor-re est6 donde la ganancia de voltaje es igual a0.70'1 (equivalente al puntode potencia media).

La figura 32-lc) es un ejemplo defiltro pasaahas. En este caso, las fre-cuencias bajas se bloquean y las frecuencias altas se transmiten. La figura32-lA muestra la gr6fica de la ganancia de voltaje contra la frecuencia. Ob-serve una vez m6s la frecuencia de corte; 6sta se localiza donde la gananciade voltaje disminuye a 0.707 .

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srytra 32-2, a) Filtro pasabajas activo; b) respuesta

Un decremento de 6 dB/octava equivale a2O dBldlcada.S -a frecuencia de corte es de I kHz, entonces la gananciarm"rece 20 dB cuando la frecuencia cambia de 10 a 100 kHz.:',;: cambia otros 20 dB cuando la frecuencia se incremen-; -le 100 kHz a I megahertz (MHz).

Un an6lisis matem6tico conduce a esta f6rmula para la'-:";uencia de corte

F I L T R O S A C T I V O S 2 2 I

cuencia de corte; esto significa que la ganancia de voltajeordinaria es igual aO.7O7 veces el valor en frecuencia baja.Segundo, observe que la ganancia tiene una caida (decrece) araz6n de 12 dBloctava. Por ejemplo, suponga que la fre-cuencia de corte es de I kHz. Entonces, la ganancia decreceidealmente 12 dB cuando la frecuencia cambia de2 a 4 kIlz,decrece otros 12 dB si la frecuencia cambia de 4 a 8 kHz, yasi en forma sucesiva. Dicho de otra manera, la gananciadecrece 40 dB cuando la frecuencia cambia de 2 a 2O kHz'otros 40 dB si la frecuencia cambia de 20 a 200 kHz, y asisucesivamente.

Un andlisis matemStico avanzado muestra que la fre-cuencia de corte se obtiene mediante

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:. .-apacitor ajustable, C, de la figura32-2a) permite variar;r tiecuencia de corte, y el resistor ajustable, R', posibilita: ,-ontrol de la ganancia. Si se desea una respuesta fija, se;,,eden eliminar los elementos ajustables y usar un Rt y un- fios. Debido a la realimentaci6n negativa, la impedancia:e salida tiende a 0, lo cual significa que el filtro activo: -rede excitar cargas de baja impedancia.

Filtro pasabaias de segundo orden .........

Il filtro de la figura 32-2a) se denomina frltro de prinrcr or-:.,r porque la ganancia decrece 6 dB/octava despu6s de la':ecuencia de corte. Un filtro pasabajas de segwtdo orden es:l que decrece la ganancia 12 dB/octava despu6s de la fre-:uencia de corte.

La figura 32-3a) describe un filtro pasabajas activo de se-:undo orden. Afrecuencias bajas ambos capacitores aparecen:omo circuitos abiertos, y el circuito se convierte en seguidor:e voltaje. A medida que la frecuencia se incrementa, final-rrente la ganancia comienza a decrecer hasta que disminuyerrr debajo de 3 dB en la frecuencia de corte. Debido a losJos capacitores, la raz6n de decaimiento en la ganancia es dos, eces mds rdpida que la anterior. Como resultado, la ganan-:ia decae araz6n de 12 dB/octava o 40 dB/d6cada.

La figura 32-2b) ilustra la ganancia contra la frecuencia.Primero, observe que la ganancia estii 3 dB abajo en la fre-

Figura 32-3. Filtro pasabajas de segundo orden: a) circuito; b) res-puesta.

0.107I - -J, - 2nRC

(32.4)

1 2 d B ̂ 4 0 d BOCTAVA DECADA

'zI+loz e 0I ep urqruEcsrcuenJa+ el opuenJ gp - e ereJ'ap seleq-rcep ue efqlo^ ep BI'ueusS el'(Dz-zE umSrJ el ep ol-rncrrc Ie ue zH{ I u IBnSr se eUor "p nl"u"ni]3 nl IS

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F I L T R O S A C T I V O S 2 2 3

PROCEDIMIENTO

MATERIAL NECESARIO

. Fuentes de alimentaci6n: dos de 15 V.

. Equipo: generador de ca, osciloscopio.

. Resistores: I k,f), dos de l0 k0 a t/z W.

. Amplificador operacional: 74lC

. Capacitores: dos de 0.01 FF, 0.022 pF.

Filtro pasabaias de primer ordenl. Conecte el circuito de la figura 32-5.2. Fije el generador de ca a 100 Hz. Ajuste el nivel de

la seflal para obtener I V pp en la salida del filtro.Mida y registre el voltaje de entrada pico a pico (ta_bla 32- l ) .

Figura 32.5.

Cambie la frecuencia a 200 Hz. Mida los voltajes deentrada y salida. Anote los datos en la tabla 32-1.Repita el paso 3 para las frecuencias restantes de la ta-bla 32-1.Calcule la ganancia de voltaje para cada frecuencia dela tabla 32-1. Tambidn calcule y registre la gananciaequivalente en decibeles.Mida y registre la frecuencia de corte:

f , :

Filtro pasabaias de segundo orden7. Conecte el circuito de la figura 32-6.8. Fije el generador a 100 Hz. Ajuste el nivel de la sefral

para obtener I V pp en la salida del filtro. Mida y ano-te el voltaje de entrada pico a pico (tabla 32_2).

3 .

4.

5 .

6.[lt[|liil

j[triFl

TABLA 32-1. Filho pasabajas de primer orden

0.01 gF

-r5 v

0.022 uF + 15 v

Figura 32-6.

eefullo^ ep EIcupuBB ul eceJcep opldpJ u?l 9nb? 'el-roc ep Brcuen€q ul ep sqlrru Jod LL-Z7 ern8g u1 apolrncJrc 1e urud eJIJ.oel auoc ep elcuenJ?+ e1 se pn3?

'E-ZE EIqEIEI ep solup sol uoc rolralue o1 erudruo3 1efe11o,r epurcuuue8 Bl ecercep oprdgr ue1 9nb? '2-79 unflg e1ep olrnrJrJ Ie uo euoc ep BlcuenJeJJ BI ep^sqlJJe JOd

LL-Ztentsq BI ep ol-rncrrc Ie erud ucuge1 auoJ ep BlJuence{ e1 sa pn3?

LZH9SI ue soleqlcap ue e[e11o,r aPercuuuu8 u1 sa 19nc? 'g-79 en?g el ap ollnJrlc Ie ug

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-rpeu ul ep rrreJlp epand 9nb rod anbrldxg ig-7gen?-lJ BI ep olrncrrc Ie ua euoc ap Blcuenso+ e1 se 19n3? 'Z

'I-ZEelqet ul ue efu11o,rr ep Btcueue8 8l ep rlreJ-rp epend 9nb rod enbrldxg ig-Tgun?g 3l ep olmcrlsIe uo zH 00I u eclrgel elellol ep etcuuuu8 e1 se 19n3? 'I

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'saleqlcep ue eluep,rtnberrruuue8 e1 e4sr8er ,( epclec uglqrueJ 'E Ze elqel eI-a ercuenceq epec ered e[u11o,r ep urcueue8 BI elntleJ '91

'Z-zg ern6H

'E-ZE vtq-qr,1 el ep selcuenJaq sgluep sBI elrod tr1 osed 1e ulrdeg 'SI

'BpeJlue epafqlor, 1e arlsr8er f eptyt 'zH1H g e ropureue8 i" "[g 'Vl

'1g-7Ee1qel ocrd u ocld spurlue ap afu11o,r 1a e1-ouu ,( upryq 'or1lg Iep uplles el ue dd n 1 reuolqo uredIeges BI ep Ia^ru 1e elsnly'z11rl 0I e ropureue? 1e efrg '€I

'2-Tgun?q BI ep olInoJIJ Ie elceuoJ 'ZI

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urcuuue8 e1 e4sr?er .,( epcpc uglqluel 'Z-ZE elqel eIep ercuenJeq epec erud efe11o,r ep utcueuu8 ?l aFcIBJ

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