PRÁCTICA 3 CIRCUITOS DE FILTROS ACTIVOS

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PRÁCTICA 3 CIRCUITOS DE FILTROS ACTIVOS: PASA BAJAS Y ALTAS
1. OBJETIVOS:
a. Comprobar las ecuaciones que describen el comportamiento de los filtros activos.
b. Aprender a medir e interpretar las características de funcionamiento de los circuitos filtro.
c. Comprobar las características de operación de los amplificadores operacionales en las configuraciones orientadas a procesar la señal en función de la frecuencia.
2. PREPARACIÓN: 
Para la realización de esta práctica, el estudiante tendrá que preparar la siguiente información, como soporte para la ejecución de la misma, que deberá ser presentada el día de la realización de la práctica en el laboratorio:
2.1 Revisar los contenidos con respecto a las configuraciones: Filtro Butterworth; pasa bajas y pasa altas.
2.2 Revisar los contenidos con respecto a respuesta en frecuencia de filtros, tanto su respuesta de magnitud como su respuesta de fase.
2.3 Evaluar los circuitos en un software de simulación (recomendado MULTISIM). Adjuntar sus gráficas resultantes.
2.4 Evaluación teórica de los circuitos planteados basados en sus ecuaciones características.
3. MATERIALES E INSTRUMENTOS:
· Instrumentos virtuales (ELVIS) ó Instrumentos tradicionales (multímetro y osciloscopio, generador de señales, fuente regulable).
· 2 Amp. Op. LM741 ó uA741
· Lote de resistores de ¼ W
· Lote de capacitores
4. PROCEDIMIENTO PRÁCTICO:
4.1 Diseñe un filtro activo pasa bajas de primer orden (Butterworth) que cumpla las siguientes especificaciones:
	Frecuencia de corte
	4.5 KHz
	Máxima ganancia
	1
	Voltaje de alimentación
	± 15V
	Amplitud de voltaje de entrada
	1 Vp
	Amp Op
	XX 741
Diseño: 
 
El valor de R es , en el diseño del circuito este valor va a ser de .
Ahora se procede a verificar si la ganancia del circuito a partir del valor de los componentes calculados es máximo 1. Para este caso el valor de será de , para aproximar lo más posible el valor de la ganancia calculada al valor requerido.
Circuito:
4.2 Una vez diseñado, extraer su respuesta de magnitud y de fase y graficarla es la escala logarítmica.
Ecuaciones del circuito:
Se procede a calcular el valor de 
Función de transferencia del circuito
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
4.3 Ensamblar el circuito es su tablero de prototipos y mediante el instrumento Bode Analyzer, evaluar el diagrama de Bode de magnitud y de fase. Las frecuencias de análisis deben comprender entre 1 Hz y 40 KHz.
	1 Hz
	Respuesta en magnitud
	t
	Respuesta en fase
	
	5 Hz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	10 Hz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	100 Hz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	1 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	10 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	20 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	40 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
4.4 Comparar las respuesta analítica con la respuesta medida y explicar el por qué las variaciones (si es el caso).
Los resultados obtenidos de manera analítica con los experimentales siempre van a variar, pero está variación no es excesiva, puesto que analíticamente los valores de los componentes que se utilizan son fijos, a diferencia de los valores que los componentes toman en la vida real a causa de la temperatura, tolerancia, y otros factores que influyen en el valor exacto del componente. 
4.5 Usando el osciloscopio, mida la amplitud de la señal de salida, para las siguientes frecuencias.
	Frecuencia
	Vpout 
	Vpout/Vpin
	20 log (Vpout/Vpin)
	1 KHz
	1,8 V
	1 V
	0
	5 KHz
	0,77 V
	0,74 V
	2,62
	10 KHz
	0,27 V
	0,26 V
	11,70
	20 KHz
	0,09 V
	0,09 V
	20,91
	1 KHz
	Onda simulada
	
	Onda medida
	
	5 KHz
	Onda simulada
	
	Onda medida
	
	10 KHz
	Onda simulada
	
	Onda medida
	
	20 KHz
	Onda simulada
	
	Onda medida
	
4.6 ¿Concuerdan estos valores con los obtenidos en el Diagrama de Bode encontrado?, así como también, ¿Concuerdan estos valores con los obtenidos en analíticamente?
Los valores concuerdan, sin embargo existen ligeras diferencias debido a que analíticamente los componentes son ideales, y el valor de los mismos es fijo.
4.7 Con las mismas especificaciones del numeral 4.1, diseñar un filtro pasa bajas de segundo orden, y repetir los numerales 4.2 al 4.6.
4.8 Diseñe un filtro activo pasa bajas de segundo orden (Butterworth) que cumpla las siguientes especificaciones:
	Frecuencia de corte
	4.5 KHz
	Máxima ganancia
	1
	Voltaje de alimentación
	± 15V
	Amplitud de voltaje de entrada
	1 Vp (10KHz)
	Amp Op
	XX 741
Diseño: 
 
El valor de R es , en el diseño del circuito este valor va a ser de .
Ahora se procede a verificar si la ganancia del circuito a partir del valor de los componentes calculados es máximo 1. Para este caso el valor de será de , para aproximar lo más posible el valor de la ganancia calculada al valor requerido.
Circuito:
4.8.1 Una vez diseñado, extraer su respuesta de magnitud y de fase y graficarla es la escala logarítmica.
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
4.8.2 Ensamblar el circuito es su tablero de prototipos y mediante el instrumento Bode Analyzer, evaluar el diagrama de Bode de magnitud y de fase. Las frecuencias de análisis deben comprender entre 1 Hz y 40 KHz.
	1 Hz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	5 Hz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	10 Hz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	100 Hz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	1 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	10 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	20 KHz
	Respuesta simulada
	
	Respuesta medida
	
	40 KHz
	Respuesta simulada
	
	Respuesta medida
	
	
4.8.3 Comparar las respuestas con la respuesta medida y explicar por qué las variaciones (si es el caso).
Los resultados obtenidos de manera analítica con los experimentales siempre van a variar, pero está variación no es excesiva, puesto que analíticamente los valores de los componentes que se utilizan son fijos, a diferencia de los valores que los componentes toman en la vida real a causa de la temperatura, tolerancia, y otros factores que influyen en el valor exacto del componente. 
4.8.4 Usando el osciloscopio, mida la amplitud de la señal de salida, para las siguientes frecuencias. 
	Frecuencia
	Vpout 
	Vpout/Vpin
	20 log (Vpout/Vpin)
	1 KHz
	10,3 V
	1,03 V
	0,26
	5 KHz
	7 V
	0,7 V
	3,10
	10 KHz
	2,15 V
	0,215 V
	13,35
	20 KHz
	0,55 V
	0,055 V
	25,19
	1 KHz
	Onda simulada
	
	Onda medida
	
	5 KHz
	Onda simulada
	
	Onda medida
	
	10 KHz
	Onda simulada
	
	Onda medida
	
	20 KHz
	Onda simulada
	
	Onda medida
	
4.8.5 Concuerdan estos valores con los obtenidos en el Diagrama de Bode encontrado: así como también ¿Concuerdan estos valores con los obtenidos analíticamente? 
Los valores concuerdan, sin embargo existen ligeras diferencias debido a que analíticamente los componentes son ideales, y el valor de los mismos es fijo.
4.9 Diseñe un filtro activo pasa altas de segundo orden (Butterworth) que cumpla las siguientes especificaciones:
	Frecuencia de corte
	6 KHz
	Máxima ganancia
	1
	Voltaje de alimentación
	± 15V
	Amplitud de voltaje de entrada
	1 Vp (10 KHz)
	Amp Op
	XX 741
Diseño: 
 
El valor de R es , en el diseño del circuito este valor va a ser de .
Ahora se procede a verificar si la ganancia del circuito a partir del valor de los componentes calculados es máximo 1. Para este caso el valor de será de , para aproximar lo más posible el valor de la ganancia calculada al valor requerido.
Circuito:
4.10 Una vez diseñado, extraer su respuesta de magnitud y de fase y graficarla es la escala logarítmica.
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
4.11 Ensamblar el circuito es su tablero de prototipos y mediante el instrumento Bode Analyzer, evaluar el diagrama de Bode de magnitud y de fase. Las frecuencias de análisis deben comprender entre 10 Hz y 100 KHz.
	10 Hz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase100 Hz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	1 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	10 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	50 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
	100 KHz
	Respuesta en magnitud
	
	Respuesta en fase
	
4.12 Comparar las respuesta analítica con la respuesta medida y explicar el por qué las variaciones (si es el caso).
Los resultados obtenidos de manera analítica con los experimentales siempre van a variar, pero está variación no es excesiva, puesto que analíticamente los valores de los componentes que se utilizan son fijos, a diferencia de los valores que los componentes toman en la vida real a causa de la temperatura, tolerancia, y otros factores que influyen en el valor exacto del componente. 
5. Conclusiones:
· Se comprobó cual es el comportamiento que describen los filtros activos mediante sus ecuaciones.
· Se distinguieron las diferencias entre los tipos de filtros tanto pasa altas como pasa bajas.
· Se analizaron las medidas que presentaba el circuito amplificador y sus características conforme al comportamiento de su señal.
· Se pudo apreciar que el comportamiento de la señal del circuito amplificador estaba dado en función de su frecuencia.
· Se identificó cada señal y se referencio a qué tipo de característica pertenecía según la gráfica que aportaba.
6. Recomendaciones: 
· Analizar y comprobar las ecuaciones de filtros activos.
· Revisar en que consiste el diagrama de bode y cuál es su función. 
· Utilizar las fuentes correctamente al momento de realizar los filtros
· Utilizar correctamente el osciloscopio para obtener la gráfica correcta de las señales.
1000104806040200
0.0010.010.1110120100806040200
0.0010.010.1110050100150
0.11102520151050
0.1110806040200
10001042520151050