Informe laboratorio Informe primera práctica de electrónica II
Airton Aranda, Robín Ricardo gallego Laboratorio de electrónica II Universidad del valle, facultad de ingeniería EIEE Cali, Colombia
[email protected],
[email protected] o, robin.gallego@correounivalle
[email protected] .edu.co
I.
II.
INTRODUCCIÓN
El nombre de amplificador operacional proviene de una de las utilidades básicas de este, como son la de realizar operaciones matemáticas en computadores analógicos (características operativas). Originalmente los amplificadores operacionales (AO) se empleaban para operaciones matemáticas (Suma, Resta, Multiplicación, División, Integración, Integración, Derivación, etc.) en calculadoras analógicas, de ahí su nombre. El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene la capacidad de manejo manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante, tiene además límites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100dB. El amplificador operacional (AO) es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo de tierra (o el punto de referencia que se considere). Un Filtro activo modifica de un modo determinado una señal que pasa a través de él. En especial de filtros para los dispositivos selectores de frecuencia, es decir, aquellos que “dejan pasar” las señales pr esentes esentes en ciertas bandas de frecuencia y “bloquean” las señales de otras bandas. Aunque existen muchos filtros de interés práctico que no cumplen esa función, por lo que preferimos la definición más amplia, la mayoría de los filtros que se tratan son selectores de frecuencia.
CALCULO TEÓRICO
Filtro pasa banda
Fig. 1. Curva característica filtro pasa banda
Generalidades Un filtro pasa banda tiene varios parámetros que lo caracterizan: Ancho de banda
Frecuencia central
= = √ ∗∗
(1)
(2)
Factor de calidad
=
Procedimiento
(3)
Cuando el factor de calidad, Q, es menor que 1, el filtro tiene una respuesta de banda ancha. En ese caso, el filtro pasa banda se construye normalmente poniendo en cascada una etapa paso bajo con una etapa paso alto. Cuando Q es mayor que 1 el filtro tiene una respuesta de banda estrecha y entonces se utiliza una aproximación diferente. [3]
El circuito anterior se modificó respecto al filtro pasa banda estrecha para incrementar la impedancia de entrada del filtro. El funcionamiento del filtro banda estrecha o angosta con ganancia unitaria de la figura.3 se determina con ecuaciones similares al filtro pasa banda estrecho. el ancho de banda B en Hertz se determina con la resistencia R y los dos capacitores (iguales) C mediante
= − = 0.5 | = √ (| ) = .
Filtro pasa banda estrecho
(7)
Cuando Q es mayor que 1, se puede usar un filtro de realimentación múltiple. Se debe destacar que la señal de entrada va a la entrada inversora y no a la no inversora. [3]
(8)
(9)
(10)
Para diseñar el circuito se seguirán los siguientes paso s:
= 2 = 21.21Ω
1) Elegimos dado que
Fig. 2. Filtro pasa banda estrecha
= − = 0.5 = √
(4)
Filtro activo
(5)
(6)
= 42.42Ω
, para obtener ganancia unitaria , entonces tenemos
2)
Determinar el ancho de banda B
3)
Determinar el factor de calidad, Q.
4)
Determinar la frecuencia de resonancia,
.
Calculo del ancho de banda dada la ecuación (10)
= 21. 210.1∗0.591015µ = 500.079 = =0.21.015µ21Ω = 3Ω
Factor de calidad
= 0.5 | = 0.5 (21.21. 42.221142+3∗3) = 2 = −
(8)
Calculo de la resistencia Fig. 3. Filtro realimentación múltiple
(11)
= 2∗2 21.2 1 1 = 3.03Ω ≂ 3Ω Frecuencia de resonancia
Vemos que La ganancia tienen un máximo de 1 en , mientras que la resistencia de retroalimentación sea el doble del valor de la resistencia de entrada.
= . = 21. 210.1∗0.125015µ 1 + 21.321 = 1004.52 ⁄ = ( +) = + = (500.479 +1004.52) 500.27 =9 785.132 ⁄ = 785.132+500.79 = 1285.92 ⁄
La frecuencia de resonancia resistencia de acuerdo con
queda determinada por la
Fig. 5. Respuesta de frecuencia utilizando la herramienta bode ploter
(12)
Calculo de
III.
(13) (14) Fig. 6. Respuesta en frecuencia
SIMULACIÓN
Fig. 4. Esquema de simulación filtro
Fig. 7. Respuesta vi a una frecuencia de 500 HZ
También se aprecian las atenuaciones en la señal cuando se las frecuencias pasan los límites de corte que caracterizan el filtro.
Fig. 8. Respuesta vi a frecuencia de resonancia 1000 HZ
Fig. 10. Respuesta vi a frecuencia de 175.41 HZ
Fig. 9. Respuesta vi a frecuencia de 1500 HZ
IV.
DATOS EXPERIMENTALES
TABLA 1 Respuesta experimental del filtro a variaciones de frecuencia Frecuencia (Hz)
Vamp (v)
Vpp(v)
Vmax(v)
175,417
1,79
2,2
1,2
190
1,79
2,2
1,2
208,071
1,79
2,2
1,2
877,326
7,8
8,39
4,4
1039,25
8,6
9
4,59
1606,17
3,59
4
2,2
Se puede comprobar en la tabla 1, como la amplitud de la tensión a la salida del circuito aumenta significativamente ante una frecuencia cercana a la de resonancia.
Fig. 11. Respuesta vi a frecuencia de 190.078 HZ
Fig. 12. Respuesta vi a frecuencia de 208.071 HZ Fig. 15. Respuesta vi a frecuencia de 1606.17 HZ
V.
Fig. 13. Respuesta vi a frecuencia de 877.326 HZ
Fig. 14. Respuesta vi a frecuencia de 1039.25 HZ
CONCLUSIONES
Se pudo apreciar el correcto funcionamiento del filtro pasa-banda comprobando la atenuación ante altas y bajas frecuencias. Se comprobó una correspondencia de datos experimentales, simulados y calculados teóricamente, donde el valor de frecuencia de resonancia se pudo aproximar a 1 KHz, sin embargo las pequeñas variaciones se deben a la incertidumbre de los elementos electrónicos utilizados. La atenuación de las frecuencias por el circuito de filtro deforma la señal cuando se pasan los puntos de frecuencia de corte.
R EFERENCIAS [1]
http://www.fceia.unr.edu.ar/enica3/filtros-t.pdf
[2]
amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales Rober.f, Frederick .f
[3]
diapositivas electrónica II, Andrés David Restrepo
