UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA – FACULTAD FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
TELECOMUNICACIONES I
2014II
INFORME PREVIO 2:RESPUESTA EN FRECUENCIA – FILTROS FILTROS ACTIVOS
PROFESOR
:
Romero Fuentes Virginia Genoveva
ALUMNO
:
Alburqueque Valdivia Marlon Jesús
I.
INTRODUCCION La presente experiencia consta de conocer los diversos tipos de filtros activos, diseñarlos y aplicarlos en un futuro. Ademas refuerza nuestros conocimientos en el sofware de matlab. Esto nos ayudara a elevar nuestros conocimientos en el area de telecomunicaciones que es vital para nuestra formacion.
II.
OBJETIVOS
Hallar exprimentalmente la respuesta de frecuencia de los filtros pasa bajo, pasa alto y pasabanda. Diseñar filtros activos. Adquirir experiencia en el manejo del sofware MATLAB.
III.
TEORIA
Filtros Activos:
Un filtro activo es un filtro electrónico analógico distinguido por el uso de uno o más componentes activos (que proporcionan una cierta forma de amplificación de energía), que lo diferencian de los filtros pasivos que solamente usan componentes pasivos. Tí picamente este elemento activo puede ser un tubo de vacío, un transistor o un amplificador operacional.
Filtro pasa bajo:
Un filtro paso bajo corresponde a un filtro electrónico 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 considerados un filtro de cierto tipo.
serán
Filtro pasa alto:
Un filtro paso alto (HPF) 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.1 La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación.
Filtro pasa 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.
Filtro rechaza banda : El filtro suprime banda, también conocido como «filtro elimina banda», «filtro notch», «filtro trampa» o «filtro de rechazo de banda» es un filtro electrónico que no permite el paso de señales cuyas frecuencias se encuentran comprendidas entre las frecuencias de corte su perior e inferior.
Frecuencia de corte: La frecuencia, bien por arriba o bien por debajo de la cual el nivel de salida de un circuito, tal como una línea, amplificador o filtro se reduce por un factor de "raíz de dos partido de dos" al valor de - 3 dB = 70.7% de la potencia respecto al nivel de referencia de 0 dB = 100%. Un filtro paso banda tiene dos frecuencias de corte y una frecuencia central, mientras que los filtros de paso alto y paso bajo tienen una sola frecuencia de corte. La frecuencia central de un filtro de paso banda es la media geométrica de las frecuencias de corte superior e inferior.
Ganancia:
Un filtro activo puede presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto a la señal de entrada. En su implementación se combinan elementos activos y pasivos, siendo frecuente el uso de amplificadores operacionales, que permite obtener resonancia y un elevado factor Q sin el empleo de bobinas.
Ancho de banda :
Para señales analógicas, el ancho de banda es la longitud, medida en Hz, del rango de frecuencias en el que se concentra la mayor parte de la potencia de la señal. Puede ser calculado a partir de una señal temporal mediante el análisis de Fourier. También son llamadas frecuencias efectivas las pertenecientes a este rango.
de inductancia se necesitan grandes longitudes de hilo. El uso de circuitos activos, que funcionan como multiplicadores de inductancia o capacidad puede mejorar el Q. El factor Q se define co mo la frecuencia de resonancia (f 0) dividida por el ancho de banda (f 2-f 1):
Tipos de ruido en comunicaciones :
En comunicación, se denomina ruido a toda señal no deseada que se mezcla con la señal útil que se quiere transmitir. Es el resultado de diversos tipos de perturbaciones que tiende a enmascarar la información cuando se presenta en la banda de frecuencias del espectro de la señal, es decir, dentro de su ancho de banda. Figura 1.- El ancho de banda viene determinado por las frecuencias comprendidas entre f 1 y f 2.
Tipos:
Así, el ancho de banda de un filtro es la diferencia entre las frecuencias en las que su atenuación al pasar a través de filtro se mantiene igual o inferior a 3 dB comparada con la frecuencia central de pico (f c) en la Figura 1.
producido por la llegada aleatoria de componentes portadores (electrones y huecos) en el elemento de salida de un dispositivo, como ser un diodo, un transistor (de efecto de campo o bipolar) o un tubo de vacío. El ruido de disparo está yuxtapuesto a cualquier ruido presente, y se puede de mostrar que es aditivo respecto al ruido térmico y a él mismo.
Factor de calidad:
El factor Q, también denominado factor de calidad o factor de selectividad, es un parámetro que mide la relación entre la energía reactiva que al macena y la energía que disipa durante un ciclo completo de la señal. Un alto factor Q indica una tasa baja de pérdida de energía en relación a la energía almacenada por el resonador. El factor de calidad de circuitos pasivos formados con resistencias, bobinas y condensadores es bajo, inferior a 100, por el efecto de la resistividad del hilo de las bobinas, principalmente, ya que para valores elevados
Ruido de disparo
El ruido de disparo es un ruido electromagnético no correlacionado, también llamado ruido de transistor,
Ruido de Johnson-Nyquist También conocido como ruido termal es el ruido generado por el equilibrio de las fluctuaciones de la corriente eléctrica dentro de un conductor eléctrico, el cual tiene lugar bajo cualquier voltaje, debido al movimiento térmico aleatorio de los electrones. Ruido de parpadeo Es una señal o proceso con una frecuencia de espectro que cae constantemente a altas frecuencias con un espectro rosa.
Ruido a ráfagas Este ruido consiste en una sucesión de escalones en transiciones entre dos o más niveles (no gaussianos), tan altos como varios cientos de mili voltios, en tiempos aleatorios e impredecibles.
ausencia de impulsos, el código resultante se denomina pseudoternario. Los códigos AMI (inversión de marcas alternadas) se han desarrollado para paliar los inconvenientes que presentan los códigos binarios NRZ y RZ (el sincronismo y la corriente continua).
Ruido de tránsito Está producido por la agitación a la que se encuentra sometida la corriente de electrones desde que entra hasta que sale del dispositivo, lo que produce una variación aleatoria irregular de la energía con respuesta plana. Ruido de intermodulación Es la energía generada por las sumas y las diferencias creadas por la amplificación de dos o más frecuencias en un amplificador no lineal.
Cauntizacion
no
uniforme:
En procesamiento digital de señales, la cuantificación es la desratización de un rango continuo de amplitudes por aproximación o truncamiento de valores. El resultado será un grupo más reducido de amplitudes discretas. La cuantificación es el segundo proceso dentro de la digitalización de una señal, precedido por el muestreo y seguido por la codificación.
Códigos: AMI ("Altérnate Mark Inversión") Dependen de un tipo de codificación que representa a los "unos" con impulsos de polaridad alternativa, y a los "ceros" mediante ausencia de pulsos. El código AMI genera señales ternarias (+V -V 0), bipolares (+ -), y del tipo RZ o NRZ (con o sin vuelta a cero). La señal AMI carece de componente continua y permite la detección de errores con base en la ley de formación de los "unos" alternados. En efecto, la recepción de los "unos" consecutivos con igual polaridad se deberá a un error de transmisión. Codificando los "ceros" con impulsos de polaridad alternativa y los "unos" mediante
El código AMI consigue anular la componente continua de la señal eléctrica. Sin embargo no resuelve la cuestión de cómo evitar la pérdida de la señal de reloj cuando se envían largas secuencias de ceros. Este problema lo solucionan los códigos bipolares de alta densidad de orden N, HDBN ( High Density Bipolar ) que pertenecen a la familia de los códigos AMI, y que evitan la transmisión de secuencias con más de N "ceros" consecutivos. El HDB3 es un código bipolar de orden 3. NRZ (No retorno a cero) : El nivel de la señal es siempre positivo o negativo. Los dos métodos más utilizados son: NRZ-L (Non Return to Zero-L): Un voltaje positivo significa que el bit es un ‘0’, y un voltaje negativo que el bit es un ‘1’. NRZ-I (Non Return to Zero, Invert on ones): En esta codificación el bit ‘1’ se representa con la inversión del nivel de voltaje. Lo que representa el bit ‘1’ es la transición entre un voltaje positivo y un voltaje negativo, o al revés, no los voltajes en sí mismos. Un bit ‘0’ no provoca un cambio de voltaje en la señal. Así pues, el nivel de la señal no solo depende del valor del bit actual, sino también del bit anterior. RZ (Retorno a cero) Utiliza tres valores: positivo, negativo y cero. Un bit ‘1’ se representa por una transición de positivo a cero y un bit ‘0 ’ se representa con la transición de negativo a cero, con retorno de voltaje 0 en mitad del intervalo. Bifase (autosincronizados) En este método, la señal cambia en medio del intervalo del bit, pero no retornó a cero, sino que continúa el resto del intervalo en el polo opuesto. Hay dos tipos de codificación Bifase:
Manchester: Una transición de polaridad de positiva a negativa representa el valor binario ‘0’, y una transición de negativa a positiva representa un ‘1 ’. Manchester Diferencial: Necesita dos cambios de señal para representar el bit ‘0 ’, pero solo ‘1’ para representar el bit ‘1’. Es decir, una transición de polaridad inversa a la del bit previo, para representar el '0' y una transición igual para el '1'.
alternancia). Si no se insertaran los impulsos B, las violaciones de polaridad V del 4º cero serían obligatoriamente del mismo signo.
IV.
DISEÑO:
Filtro pasa bajo (ancho de banda 4KHz – Rango 300Hz a 5KHz)
HDB3 (High Density Bipolar 3) El código HDB3 es un buen ejemplo de las propiedades que debe reunir un código de línea para codificar en banda base: El espectro de frecuencias carece de componente de corriente continua y su ancho de banda está optimizado. El sincronismo de bit se garantiza con la alternancia de polaridad de los "unos", e insertando impulsos de sincronización en las secuencias de "ceros". Los códigos HDBN (High Density Bipolar) limitan el número de ceros consecutivos que se pueden transmitir: -HDB3 no ad mite más de 3 ceros consecutivos. Colocan un impulso (positivo o negativo) en el lugar del 4º cero. El receptor tiene que interpretar este impulso como un cero. Para ello es preciso diferenciarlo de los impulsos normales que representan a los "unos". El impulso del 4º cero se genera y transmite con la misma polaridad que la del impulso precedente. Se denomina por ello V "impulso de violación de polaridad" (el receptor reconoce esta violación porque detecta 2 impulsos seguidos con la misma polaridad). Para mantener la componente de corriente continua con valor nulo, se han, de transmitir alternativamente tantas violaciones positivas como negativas (V+ V- V+ V-...). Para mantener siempre alternada la polaridad de las violaciones V, es necesario en algunos casos insertar un impulso B "de relleno" (cuando la polaridad del impulso que precede a la violación V, no permite conseguir dicha
Para este diseño la frecuencia de corte viene dada por la siguiente expresion:
�� =
1 2�� ���� =
Para = 2
→
= 5 (��. ������. ) 1 104
= 16�
Ademas elejimos = 1
Filtro pasa alto (ancho de banda 10KHz – Rango 20KHz a 30KHz)
Para este diseño la frecuencia de corte viene dada por la siguiente expresion:
�� =
1 2����
= 20 (��. ��� ��. )
= Para = 1
→
1 4 104
= 7.95�
http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_pas o_alto
http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_pas o_banda
http://hc09paa2.pbworks.com/f/Filtros +y+ancho+de+banda.pdf
Ademas elejimos = 2
http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia _de_corte
Filtro pasa banda (ancho de banda 10KHz – Rango de banda 5KHz a 15KHz)
http://es.wikipedia.org/wiki/Ancho_de_ banda http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_(co municaci%C3%B3n) http://es.wikipedia.org/wiki/Cuantifica ci%C3%B3n_(procesado_de_audio) http://es.wikipedia.org/wiki/Codificaci %C3%B3n_digital
Para este diseño las frecuencias de corte superior e inferior vienen dadas por la siguientes expresion:
����=
1 2 ��1
��1 =
������=
1 2 ��2
��2 =
= 15 (��. ������. )
1 3104
= 5 (��. ��� ��. )
1 104
Para:
V.
= 2
→
�=
5.3�����= 31.83 �
BIBLIOGRAFIA (linkcografia) http://www.unicrom.com/Tut_filt_act_ PasoBajo.asp
http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_pas o_bajo
