Trabajo Práctico Nº 10 - Filtros de Señal

Introducción Teórica

Filtros

 Un Filtro electrónico es un elemento que deja pasar señales eléctricas a través de él, a una cierta frecuencia o rangos de frecuencia mientras previene el paso de otras, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase. Es un dispositivo que separa, pasa o suprime un grupo de señales de una mezcla de señales. Pueden ser: analógicos o digitales, los filtros analógicos son aquellos en el que la señal puede tomar cualquier valor dentro de un intervalo, mientras que la señal de los filtros digitales toma solo valores discretos.
 Un filtro analógico es un filtro usado para procesos analógicos o señales de tiempo continuo. Los filtros analógicos son divididos en filtros pasivos y filtros activos, dependiendo del tipo de los elementos que se emplean para su realización.
 Los filtros también son clasificados dependiendo de las funciones que realizan. Los filtros son sistemas de dos puertos, uno de entrada y otro de salida, que funcionan en el dominio de la frecuencia. Su operación se basa en bloquear señales en términos de su contenido espectral, dejando pasar señales cuya frecuencia se encuentra dentro de cierto rango conocido como banda de paso y rechazando aquellas señales fuera de este rango, conocido como banda de rechazo. Un filtro trabaja sobre señales de entrada produciendo una señal de salida cuyo contenido espectral depende del tipo de filtro.
 Hay diferentes tipos de filtros dependiendo de la aplicación específica que realizan. En términos prácticos, hay cuatro tipos básicos de filtros (Paso bajo, paso alto, paso banda y elimina banda).

 Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto.
 Un circuito simple de este tipo de filtros es un circuito RLC (resistencia, bobina y condensador) en el que se deja pasar la frecuencia de resonancia, que sería la frecuencia central (fc) y las componentes frecuenciales próximas a ésta, en el diagrama hasta f1 y f2. No obstante, bastaría con una simple red resonante LC.

Filtros Pasa Bajos

 Un filtro pasa bajo corresponde a un filtro caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas. El filtro requiere de dos terminales de entrada y dos de salida, de una caja negra, también denominada cuadripolo o bipuerto, así todas las frecuencias se pueden presentar a la entrada, pero a la salida solo estarán presentes las que permita pasar el filtro. De la teoría se obtiene que los filtros están caracterizados por sus funciones de transferencia, así cualquier configuración de elementos activos o pasivos que consigan cierta función de transferencia serán considerados un filtro de cierto tipo.


Filtros Pasa Altos

 Un filtro paso alto es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación.

Desarrollo de la Práctica

1) Se procedió a armar el siguiente circuito:

2) Se Conectó a la entrada Vs del circuito anterior una señal senoidal de 200 mVpp y 100 Hz.

3) Se midió la tensión de salida, se calcularon la ganancia de tensión expresada en veces y en dB y se midió el desfasaje que sufre la señal a la salida respecto a la señal de entrada, obteniendo los siguientes resultados:

Vo = 2V
Ganancia en veces = 10
Ganancia en dB = 20
Desfasaje = 180º

4;5) Procedimos a repetir el punto anterior aumentando el número de mediciones y elaboramos una tabla donde se reflejen estas mediciones y cálculos:

6-7) A continuación se muestran los gráficos en el pasa bajos:

a)

b)

8) Luego de amuentar dos veces el valor de los capacitores en el filtro la frecuencia de corte medida fue de 93Hz.

10) Se procedió a repetir los puntos 1-8 para un circuito pasa altos:

Pasa Altos

2-b) Se Conectó a la entrada Vs del circuito anterior una señal senoidal de 200 mVpp y 100 Hz.

3-b) Se midió la tensión de salida, se calcularon la ganancia de tensión expresada en veces y en dB y se midió el desfasaje que sufre la señal a la salida respecto a la señal de entrada, obteniendo los siguientes resultados:

Vo = 1,4V
Ganancia en veces = 7
Ganancia en dB = 16,9

Desfasaje = 180º

4;5-b) Procedimos a repetir el punto anterior aumentando el número de mediciones y elaboramos una tabla donde se reflejen estas mediciones y cálculos:

6-7-b)

a)

b)

8) Luego de amuentar dos veces el valor de los capacitores en el filtro la frecuencia de corte medida fue de 1055Hz.

11) Se diseñó un circuito que cumple con la siguiente consigna: Se tienen dos señales senoidales de 1 Vpp. Una de ellas es de 50 Hz, la otra es de 60 Hz. Se requiere diseñar un sistema que me entregue 5 volts (un uno lógico) cuando la señal de entrada sea de 60 Hz, y 0 Volts cuando ésta cambie a los 50 Hz.

Conclusiones

 La realización de este trabajo nos permitió conocer el funcionamiento de los circuitos mas usados en la electrónica que son los filtros pasa altos y bajos. También nos ayudo a calcular la frecuencia de corte, ancho de banda, e incluso a dferenciar las distintas gráficas para cada diseño de filtro.