ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO

ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DE CHIMBORAZOFACULTAD DE INFORMTICA Y ELECTRNICAESCUELA INGENIERAEN ELECTRNICA TELECOMUNICACIONES Y REDESCARRERA INGENIERA EN TELECOMUNICACIONES Y REDES

GUA DE LABORATORIO DE COMUNICACIONES I

PRCTICA No.1.- FILTRO PASA BAJO Y PASA ALTO

1. DATOS GENERALES:

NOMBRES:CODIGOS:

Isabel Asadobay575Liliana Roque385Mariana Caldern591Alexis Tamayo394

TUTOR: ING. NEISER ORTIZ

FECHA DE REALIZACIN: FECHA DE ENTREGA:

2015 / 04 / 282015 / 05 / 05

PERIODO:ABRIL 2015 - AGOSTO 2015

2. OBJETIVO(S):

2.1.GENERAL

Conocer el funcionamiento y el resultado de los filtros de segundo orden, tanto pasa bajo como pasa alto.

2.2.ESPECFCOS

Comprender las caractersticas de los filtros. Analizar las ventajas de los filtros activos. Implementar el filtro de segundo orden con un circuito integrador.

3. METODOLOGA

Para realizar la prctica es necesario comprender de manera eficiente la teora, una vez adquirido todos los equipos e instrumentos seguimos cada uno de los pasos que nos muestra en la gua, y comparamos los resultados obtenidos en los equipos como en los clculos obtenidos.

4. EQUIPOS Y MATERIALES:

Modulo KL-92001 Modulo KL-93001 Osciloscopio

5. MARCO TEORICO:

FILTROS

Los filtros existen en todas partes en sistemas de comunicacin, estn diseados para pasar una determinada banda de frecuencias atenuando todas las seales fuera de esta banda. Los filtros generalmente se clasifican segn rango de filtrado: respuesta de frecuencia de paso de banda, y componente del circuito. Clasificadas por rango de filtrado, existen cuatro tipos de filtros: pasa bajo, paso alto, paso banda, y los filtros de rechazo de banda. Segn la respuesta de frecuencia de paso de banda. Existen dos tipos: filtros Butterworth y Chebyshev. Segn componente del circuito, que son activos y filtros pasivos. Filtros pasivos son los circuitos que contienen componentes slo pasivos (resistencias. inductores y condensadores, conectados de tal manera que van a pasar ciertas frecuencias al mismo tiempo rechazar otros. Filtros activos, emplean componentes activos (transistores o amplificadores operacionales) adems de resistencias, inductancias y condensadores. Filtros activos son ampliamente utilizados en sistemas de comunicacin modernos, porque tienen las siguientes ventajas:

1. Porque la funcin de transferencia con caracterstica inductiva puede lograrse mediante el diseo de circuito especial, resistencias pueden utilizarse en lugar de inductores.2. La alta impedancia de entrada y la impedancia de salida baja del amplificador operacional significa que el circuito de filtro es excelente en el aislamiento caracterstico y conveniente para la cascada.3. Debido a que los componentes activos proporcionan amplificacin, por lo tanto, filtros activos tienen ganancia.

FILTRO PASA BAJO DE SEGUNDO ORDEN

Un filtro de paso bajo es un circuito electrnico que tiene una tensin de salida constante de dc hasta una frecuencia de corte. A medida que aumenta la frecuencia por encima de la frecuencia de corte, se atena la tensin de salida. La frecuencia de corte, tambin llamada la frecuencia 0.707, la frecuencia de 3dB o la frecuencia de la esquina, es la frecuencia donde el voltaje de salida se reduce a 0.707 veces su valor de banda de paso. Un circuito tpico filtro pasa bajos activo, se muestra en la figura 2-1, es comnmente llamado integrador invirtiendo o integrador de Miller. Su funcin de transferencia puede ser expresado por:

Dnde:

De la ecuacin (2 - 1), podemos encontrar que el circuito integrador Miller es un filtro de paso bajo de primer orden. Por lo tanto, se puede construir fcilmente un filtro de paso bajo de segundo orden en cascada dos integradores de Miller con un amplificador inversor.El diagrama de bloques del filtro de paso bajo de segundo orden, se muestra en la figura 2-2, est constituida por dos integradores de Miller, un amplificador inversor de ganancia unitaria y sumadora. Por lo tanto, es la funcin de transferencia:

Esta es una forma general de relleno de paso bajo de segundo orden. Siguiendo este diagrama de bloque, un prctico seco.-filtro de paso bajo es indican la orden, en la figura 2-3. En este circuito, el amplificador operacional U1: A realiza la combinacin funcional del sumador y el primer integrador de Miller en la figura 2-2. Si

La funcin de transferencia ser

Comparando Eqs. (2-2) a (2-3), cedemos

En el circuito de la Fig. 2-3, los componentes de R1, R2, R3, C1 y U1: A, forma el integrador de Miller con la funcin de sumador ponderado. El sumador se utiliza para aadir la seal de entrada a la seal de retroalimentacin de la U1: C salida. La combinacin de C2 y U1: B es el segundo integrador de Miller y la combinacin de R5, R6 y U1: C es un amplificador inversor de ganancia unitaria. Puesto que este diseo de circuito cumple con los criterios de Butterworth, la responsabilidad, curva en su banda es plana y sin ninguna ondulacin.

FILTRO PASA ALTO DE SEGUNDO ORDEN

La respuesta de frecuencia de un filtro de paso alto de segundo orden es contraria a la de un filtro de paso bajo de segundo orden. Un filtro de paso alto atena la tensin de salida para todas las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte. Por encima de la frecuencia de corte, la magnitud de la tensin de salida es constante. El diagrama de bloques de la Fig. 2-4 es un filtro de paso alto de segundo orden construido por dos integradores de Miller, un amplificador inversor y dos sumadores. Esta funcin de transferencia puede ser dado por:

Esta es una forma general de filtros de paso alto de segundo orden. Siguiendo este diagrama de bloques, un prctico filtro de paso alto de segundo orden se ndica, en la figura 2-5.

Comparando estas dos figuras, la U1: A realiza la combinacin funcional de la primera serpiente e integrador de Miller. La U1: B realiza la combinacin funcional de la vbora segunda y la unidad, ganancia invirtiendo amplificador. Si

La funcin de transferencia ser

Y si

Luego

Comparando Eqs. (2-7) a (2-9) obtenemos:

En el circuito de la Fig. 2-5. los componentes de R1, R3, R7, C 1 y U1: A Conecte un son como el primer integrador de Miller con la funcin del sumador ponderado. El sumador se utiliza para aumentar la seal de entrada a la U1: C seal de salida. El segundo sumador construido por R2, R4, R5 y U1: B, es usado para agregar la seal de salida. Los componentes R6, C2 y U1: C forman el segundo circuito integrador de Miller. Puesto que este diseo de circuito satisface los criterios de Butterworth, la curva de respuesta en su banda es plana y sin ondulacin.

Hablar de todos circuitos de filtros, los filtros de segundo orden. Si lo desea, mayor orden filtros .n construirse mediante la conexin de estos filtros en cascada y modificando los valores de componentes para cumplir criterios de Butterworth o Chebyshev. El amplificador operacional, utilizado en nuestros circuitos de experimento, es el LM348 que incluye cuatro OP AMPs y tiene el ancho de banda de ganancia unitaria de 1 MHz. Para mejorar la respuesta en la banda de frecuencias altas, la OP AMP LM318 puede ser usada en lugar de LM348 en el circuito de filtro de paso alto. El LM318 tiene el ancho de banda de ganancia unitaria de 15MHz.

6. PROCEDIMIENTO:

Filtro Pasa Bajo De Segundo Orden

1.- En el mdulo KL-93001 localice el filtro pasa bajo de segundo orden. Conecte los plugs en J1 y J2 para establecer una capacitancia C1=C2= 0.001 F

2.- En la entrada (I/P) conecte una seal senoidal de 10Hz a 100mVp-p. Usando el osciloscopio observe la seal de salida del filtro pasa bajo de segundo orden y registre la amplitud de la salida en la tabla 2-1

3.- Observe y registre las amplitudes de la salida del LPF de segundo orden en la tabla 2-1 para las frecuencias de entrada de 100 Hz, 1KHz, 2KHz, 5 KHz, 8 KHz, 10 KHz, 20KHz, 50 KHz, y 100 KHz.

4.-Calcule cada ganancia de voltaje para cada frecuencia de entrada y registre los resultados en la tabla 2-1.

5.-Usando los resultados de la tabla 2-1, dibuje el diagrama de bode de la ganancia de voltaje en la tabla 2-6.

6.-Retire los plugs conectados en J1 y J2 e insrtelos en J3 y J4 para obtener una capacitancia de C3=C4= 0.01F

7.- Observe y registre las amplitudes de la salida del LPF de segundo orden en la tabla 2-2 para las frecuencias de entrada de 100 Hz, 1KHz, 2KHz, 5 KHz, 8 KHz, 10 KHz, 20KHz, 50 KHz, y 100 KHz.

8.- Calcule cada ganancia de voltaje para cada frecuencia de entrada y registre los resultados en la tabla 2-2.

9.- Usando los resultados de la tabla 2-2, dibuje el diagrama de bode de la ganancia de voltaje en la tabla 2-7.

Filtro Pasa Alto De Segundo Orden

1.- En el mdulo KL-93001 localice el filtro pasa alto de segundo orden. Conecte los plugs en J1 y J2 para establecer una capacitancia C1=C2= 0.0047 F

2.- En la entrada (I/P) conecte una seal senoidal de 10Hz a 100mVp-p. Usando el osciloscopio observe la seal de salida del filtro pasa bajo de segundo orden y registre la amplitud de la salida en la tabla 2-3

3.- Observe y registre las amplitudes de la salida del LPF de segundo orden en la tabla 2-3 para las frecuencias de entrada de 100 Hz, 1KHz, 2KHz, 5 KHz, 8 KHz, 10 KHz, 20KHz, 50 KHz, y 100 KHz.

4.-Calcule cada ganancia de voltaje para cada frecuencia de entrada y registre los resultados en la tabla 2-3.

5.-Usando los resultados de la tabla 2-3, dibuje el diagrama de bode de la ganancia de voltaje en la tabla 2-8.

6.-Retire los plugs conectados en J1 y J2 e insrtelos en J3 y J4 para obtener una capacitancia de C3=C4= 0.015F

7.- Observe y registre las amplitudes de la salida del LPF de segundo orden en la tabla 2-4 para las frecuencias de entrada de 100 Hz, 1KHz, 2KHz, 5 KHz, 8 KHz, 10 KHz, 20KHz, 50 KHz, y 100 KHz.

8.- Calcule cada ganancia de voltaje para cada frecuencia de entrada y registre los resultados en la tabla 2-4.

9.- Usando los resultados de la tabla 2-4, dibuje el diagrama de bode de la ganancia de voltaje en la tabla 2-9.

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

CONCLUSIONES:

Comprobamos mediante la prctica realizada que en los LPF de segundo orden mientras mayor sea la frecuencia, la amplitud de salida va a ir disminuyendo, as como la ganancia de voltaje tambin va disminuyendo dndonos una grfica de ganancia de voltaje de un filtro pasa bajo. En cambio, si nos colocamos en el mdulo de HPF de segundo orden, mientras mayor sea la frecuencia, la amplitud va a aumentar de la misma forma, as como la ganancia de voltaje tambin va aumentando, dndonos una grfica de ganancia de voltaje de un filtro pasa alto.

RECOMENDACIONES:

Venir leyendo con anticipacin la gua de prctica para poder tener mayor fluidez al momento de implementarla. Tener cuidado al momento de realizar las conexiones, pues una mala conexin puede causar averas o no obtener los resultados deseados. Verificar que las fuentes de alimentacin y los instrumentos funcionen adecuadamente pues si uno de estos falla vamos a recoger datos errneos.

8. BIBLIOGRAFA:

http://es.slideshare.net/aicvigo1973/filtros-paso-bajoalto-y-banda http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001603/lecciones/cap9/cap9lec3/cap9lec3.htm http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001603/lecciones/cap9/cap9lec4/cap9lec4.htm

ANEXOS

RESULTADOS OBTENIDOS:

Tabla 2-1FILTRO PASA BAJO DE SEGUNDO ORDEN

()

Frecuencia de Entrada(Hz)101001k2k5k8k10k20k50k100k

Amplitud de Salida(mV)920100096096092080064010037,612

Voltaje Max. (mV)484480460460440400340220278

Ganancia de Voltaje(dB)-26,3-23,19-26,74-26,74-23,57-27,96-29,37-33,15-51,37-61,94

Tabla 2-2FILTRO PASA BAJO DE SEGUNDO ORDEN

()

Frecuencia de Entrada(Hz)101002005008001k2k5k10k100k

Amplitud de Salida(mV)8809289608607766482404012,86,40

Voltaje Max. (mV)4404964724403843281202482,4

Ganancia de Voltaje(dB)-27,13

-26,09

-26,52

-27,13

-28,31

-29,68

-38,42

-52,4

-61,94

-72,4

Tabla 2-3 FILTRO PASA BAJO DE SEGUNDO ORDEN

()

Frecuencia de Entrada(Hz)101001K2K5K8k10k20k50k100k

Amplitud de Salida(mV)8.8010.8101364880904896840640400

Voltaje Max. (mV)55,6052200448448448416320216

Ganancia de Voltaje(dB)-66,02

-65,04

-45,68

-33,98

-26,97

-26,97

-26,07

-27,62

-29,9

-32,97

Tabla 2-4 FILTRO PASA BAJO DE SEGUNDO ORDEN

()

Frecuencia de Entrada(Hz)101002005008001k2k5k10k100k

Amplitud de Salida(mV)14,415,241,6226512656896912888424

Voltaje Max. (mV)7,27,620,8113256328473456444212

Ganancia de Voltaje(dB)-62,84-62,38-53,64-38,94-31,84-29,68-26,5-26,8-27,05-33,47

IMGENES: