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.