UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANAwilliam pauzhiCUENCA -ECUADORwpauzhi@hotmail.com

ABSTRACT:

The active filters have benefit to obtain a good operation of the circuits that is carried out these filters they have as purpose to reduce the distortion that produces the circuit this can be the noise of feeding of tension and also like benefit is to make frequencies that it is wanted to obtain in the exit of our circuit .In this topic we refer to the operational amplifiers but with basic configuration this topic relates on the configuration on each one of the operational ones with its respective basic operation and the entrance form and exit of the sign overalls in realizing that each one of these configurationsINTRODUCCION:

En los amplificadoderes operacionales hemos observado el uso eficiente para realizar diferentes beneficios ahora tenemos un uso eficiente como crear filtros para evitar distorsiones en las salidas por lo cual un filtro activo es un filtro electrnico analgico distinguido por el uso de uno o ms componentes activos (que proporcionan una cierta forma de amplificacin de energa), que lo diferencian de los filtros pasivos que solamente usan componentes pasivos. Tpicamente este elemento activo puede ser un tubo de vaco, un transistor o un operacional. Un filtro activo puede presentar ganancia en toda o parte de la seal de salida respecto a la seal de entrada. En su implementacin se combinan elementos activos y pasivos, siendo frecuente el uso de amplificadores operacionales para observar con mucha mas precisin sobre el uso de los filtros activos realizamos esta prctica. 1. TEMA

Filtros Activos2. OBJETIVOS

Disear calcular y comprobar el funcionamiento de los siguientes filtros activos:a. Filtro paso bajob. Filtro paso altoc. Filtro pasa bandad. Filtro elimina banda

Los filtros deben ser de (uno, dos, tres y cuatro polos)e. Disear calcular y comprobar el funcionamiento de un ecualizador (altos, medios y bajos).

3. MARCO TEORICO

Filtros activosComo ya se sabe, entre las caractersticas que determinan a una seal elctrica se encuentra la frecuencia. En muchos casos, en la prctica, a travs de un circuito, puede pasar ms de una seal elctrica, es decir, pueden pasar seales elctricas con distinta frecuencia; sin embargo, se puede dar el caso de que en determinadas circunstancias solo interesa nica y exclusivamente una de las seales que pueden circular por el circuito. Esta "seleccin" de una seal elctrica segn la frecuencia que tenga es lo que hacen los filtros. La aparicin del amplificador operacional ha trado consigo una mejora notable en la fabricacin de los filtros, ya que se ha podido prescindir de las inductancias. La mejora conseguida con el cambio de inductancias por amplificadores operacionales es apreciable en lo que se refiere a respuesta, aprovechamiento de la energa (menor disipacin), tamao y peso, ya que las inductancias no se pueden integrar en un circuito y, por tanto, son elementos discretos con un tamao considerable.Como desventajas de estos filtros (filtros activos RC) frente a los filtros fabricados con elementos pasivos (filtros RLC) estn las limitaciones en los niveles de tensin y corriente y los efectos parsitos inducidos por los elementos activos, como por ejemplo la tensin de desplazamiento en corriente continua a la salida, la corriente de polarizacin en la entrada, etc. Sin embargo, en la mayora de las aplicaciones que se dan a los filtros, las ventajas de los filtros activos RC sobre los pasivos RLC son ms numerosas; de ah que estn tomando una importancia cada vez mayor en el campo de la ingeniera. Los filtros activos son circuitos compuestos por resistencias, condensadores y amplificadores operacionales, cuya finalidad es dejar pasar a travs de ellos las frecuencias para las que han sido diseados, eliminando por tanto el resto de las frecuencias que no interesan. Esto se consigue atenuando o incluso llegando a anular aquellas cuya frecuencia no est en el margen de frecuencias admisible. Existen bsicamente cuatro tipos de filtros, que son: filtros pasa-bajas, pasa-altas, pasa-banda y filtros supresores de frecuencias o rechaza-banda.

Filtro paso baja Butterworth.

Debido a su respuesta plana, se suele usar en los filtros anti-aliasing y en aplicaciones de conversin de datos; en general, donde sea necesario conseguir una buena precisin de medida en la banda de paso. Figura 1 Filtro paso baja ButterworthFiltro paso bajo Tschebyscheff

La transicin a partir de la frecuencia es muy abrupta, pero en la banda de paso tenemos un rizado. Su utilizacin se restringir a aquellas aplicaciones en el que el contenido de frecuencias es ms importante que la magnitud.

Figura 2 Filtro paso baja Tschebyscheff

Filtro paso bajo Bessel.

Tiene una respuesta lineal con respecto a la fase, lo cual resulta en un retardo constante en todo el ancho de banda deseado.

Figura 3 Filtro paso baja Bessel

Retardos y ganancias normalizados.

Figura 4 Caracterstica de los filtros en retardos y ganancias normalizados.

Filtro Paso-Bajo de segundo orden. Estructura MFB (Multiple- Feedback) o Rauch.

Figura 5 Circuito de segundo orden de un filtro pasa-bajo

La funcin de transferencia y los coeficientes seran:

Para obtener valores reales de R2, debemos calcular C2 siguiendo la condicin:

Diseo de filtros paso-alta. Topologa MFB

Figura 5 Circuito de segundo orden de un filtro pasa-alto

Con lo que

Filtro Pasa Banda

Este tipo de filtro elimina todas las frecuencias desde cero a la frecuencia de corte inferior, permite pasar todas aquellas que estn entre la frecuencia de corte inferior y la frecuencia de corte superior y elimina todas las frecuencias por encima de la frecuencia de corte superior. En estos filtros, la banda pasante la forman la forman todas las frecuencias que estn entre las frecuencias de corte inferior y superior. Las frecuencias por debajo de la fc1 y las frecuencias por encima de fc2 son la banda eliminada. El ancho de banda (BW) de un filtro paso banda es la diferencia entre las frecuencias de corte 1 y 2:

La frecuencia central se representa por f0 y viene dado por la media geomtrica de las dos frecuencias de corte:

El factor Q de un filtro pasa banda se define como la frecuencia central dividida entre el ancho de banda:

Si Q es menor que 1, el filtro pasa banda se llama filtro de banda estrecha. Si Q es mayor que 1, se le denomina filtro de banda ancha.En un filtro rechaza banda, las seales con frecuencias comprendidas entre f1 y f2 son las nicas que pasan.

Figura 6 diagrama de bode de un filtro pasa-banda

Figura 7 Circuito de segundo orden de un filtro pasa-banda

Filtros Elimina Banda o Supresores de Frecuencias

Por ltimo los filtros supresores de frecuencias, como su nombre indica, son capaces de atenuar o incluso eliminar frecuencias concretas. En un filtro rechaza-banda, las seales con frecuencias comprendidas entre f1 y f2 son las nicas que no pasanFigura 8 Diagrama de bode de un filtro elimina-banda.

Tabla de Aproximacin para los FiltrosResume las cinco aproximaciones utilizadas en el diseo de filtros.Figura 9 cuadro de comparacin de aproximacin de los filtros activos.TABLA DE VALORES PARA EL CLCULO DE LOS FILTROSFigura 10 cuadro de comparacin para clculos de diferentes filtros.Ecualizador

Es un dispositivo que modifica el contenido en frecuencias de la seal que procesa (por ejemplo una cancin). Es decir, cambia las amplitudes de sus coeficientes de Furrier lo que se traduce en diferentes volmenes para cada frecuencia.De un modo domstico generalmente se usa para reforzar ciertas bandas de frecuencias, ya sea para compensar la respuesta del equipo de audio (amplificador + parlantes) o para ajustar el resultado a gustos personales.

Rango de frecuencias para los sonidos.

63 HzDestaca los sonidos graves masivos como los de tambores, rganos, etc. Da sensacin de grandiosidad

125 HzSubiendo da sensacin de plenitud. Si bajas aumenta la transparencia.

250HzBajando el mando disminuye posible eco.

500 HZAumenta la fuerza del sonido. Si se baja da la sensacin de que el sonido no es completo.

1 KHZActa sobre la voz del cantante. se puede dejar casi inaudible

2 kHzEstimula el odo. Puede dar sensacin metlica, entonces hay que disminuirlo.

4 kHzSi est muy alto puede dar tambin sensacin metlica y dura.

8 kHzAumenta la brillantez de instrumentos de cuerda y viento.

16 kHzAumenta la presencia de sonidos sutiles, como platillos, tringulos.

4. DESARROLLO DE LA PRCTICAa) Listado de equipos y herramientas: Osciloscopio Generador de Funciones Multmetro Fuente DC Integrado lm741 Resistencias Potencimetros Condensadores Sondas protoboardb) Clculos y esquemas a montar:

a) Esquema Tschebyscheff filtro paso-bajo

b) Esquema Butterworth filtro paso-alto.

c) Esquema Filtro pasa banda.

d) Esquema del filtro elimine banda

e) Esquema Ecualizador:

Frecuencias bajas

Filtro pasa banda Frecuencias medias

Frecuencias altas

5. RESULTADOS.

a) Luego de haber realzado todas las mediciones obtuvimos las siguientes tablas de datos solo del ecualizador.

Tabla de Medicionesa) Filtro paso bajof(Hz)T(ms)Vipp (V)Vspp (V)t(us)AvAv(dB)

100Hz104.072.9400.599-4.450

500Hz23.461.75400.442-7.09-7,2

1Khz13.920.88400.22-13.15-14,4

5Khz0,23.910.32300.08-21.93-54

10Khz0,13.910.32220.065-24.43-79,2

20Khz0,053.900.24150-24-108

Diagramas de bode obtenidos

Figura5.1 diagrama de bode en ganancia linear

Figura5.2 diagrama de bode en ganancia en decibeles (dB)

b) Filtro paso alto Tabla de MedicionesfrecuenciaT(ms)Vipp (V)Vspp (V)t(us)AvAv(dB)

100hz103.920,2268000,22-13,152115,2

500hz23.921,1215001,120,98490

1Khz13.922,26802,26,848115,2

5khz0,23.927,91707,917,95354

10khz0,13.929,2-19,219,276-3,6

20Khz0,053.925,6-75,614,964-50,4

22khz0,023.922,4-4,54.37,604-81

Figura5.3 diagrama de bode en ganancia linear

Figura5.4 diagrama de bode en ganancia en decibeles (dB)c) Filtro paso banda Tabla de MedicionesfrecuenciaT(ms)Vipp (V)Vspp (V)t(us)AvAv(dB)

300Hz54V0,0731000,054-25,352136,8

500Hz24V0,0813200,128-17,856122,4

1Khz14V0,456400,25-12,041129,6

5Khz0,24V0,5-90,5-6,021-16,2

10Khz0,13.88V0,34-120,34-9,37-43,2

20Khz0,053.88V0,34-8,50,2-13,979-61,2

22Khz0,023.80V0,1-50,1-20-90

Figura5.5 diagrama de bode en ganancia linear

Figura5.6 diagrama de bode en ganancia en decibeles (dB)

Diagrama de bode de los filtros con el ELVIS

d) Filtro paso bajo

Figura 5.7 diagrama de bode del filtro pasa-bajo

e) Filtro paso-alto

Figura 5.8 diagrama de bode del filtro pasa-alto

f) Filtro paso-banda

Figura 5.9 diagrama de bode del filtro pasa-banda Figura 5.10.3 diagrama de bode del filtro Fc1fc2

g) Filtro elimina-bandaFigura 5.11 diagrama de bode del filtro elimina-banda Figura 5.12 diagrama de bode del filtro Fc1Fc2

6SIMULACION.a) Filtro pasa bajo.

b) Filtro pasa alto.

c) Filtro pasa banda.

d) Filtro elimina banda.

GRAFICAS OBTENIDAS EN EL ELVIS.Filtro pasa-bajo Frecuencia 500Hzfrecuencia1KHz

Filtro pasa-alto Frecuencia 1KHz frecuencia 5Khz

Filtro pasa-banda

Frecuencia 100Hzfrecuencia 600Hz

Fecuencia 1KHzfrecuencia 5KHz

Filtro elimina-banda. Frecuencia 500Hzfrecuencia 1KHzFrecuencia 20KHzfrecuencia 50KHz

GRAFICAS EN EL OSCILOSCOPIOFiltro para frecuencias bajas de Fourier:Grafica 6.1 obtenido de la salida de audio para encontrar Fourier de seal de salida en bajo (Utilizamos un filtro pasa-bajas).Filtro para frecuencias medias de Fourier:

Grafica 6.2 obtenido de la salida de audio para encontrar Fourier de la seal de salida en media(Utilizamos un filtro pasa-banda).

Filtro para frecuencias altas de Fourier:

Grafica 6.3 obtenido de la salida de audio para encontrar Fourier de la seal de salida en alta(Utilizamos un filtro pasa-alto).7ANLISIS ESPAOL-INGLES

RECOMENDACIONESPara los filtros podemos tener en cuenta en como optamos en trabajar con valores comerciales ms cercanos a los calculados para que esto no interfiera con las mediciones en el laboratorio para as obtener una gran eficiencia en los filtros y obtener buenos resultados.Se debe saber con seguridad que los integrados 741 estn funcionando correctamente ya que esto podra darnos problemas como prdida de tiempo al momento de probar. Y si se trabaja con los integrados que llevan cuatro en un solo chip, se debe tener el datasheet de estos integrados ya que que no podemos armar y no obtenemos buenos resultados.

CONCLUSIONES Analizando los circuitos armados en esta prctica podemos deducir que cada uno de estos filtros, nosotros comprobamos que tanto en los clculos como mediciones y simulaciones tenemos similitudes, esto se puede comprobar realizando una observacin en los diagramas de bode, tanto simulados como las graficas realizadas con los valores obtenidos en el laboratorio. Los filtros son circuitos en los cuales se puede obtener diferentes tipos de bandas, con esto se consigue si se desea que pase una banda baja, alta o media, o incluso eliminarla por completo en cierta frecuencia. Estos tipos de filtros permiten el paso de ciertas frecuencias, de esto depende del circuito o de la banda, uno de estos circuitos es el ecualizador realizado como aplicacin.Se pudo comprobar cada una de las configuraciones de los filtros activos y se pudo realizar una aplicacin muy importante ya que estos filtros tienen como beneficio evitar algunas molestias en nuestros circuitos como por ejemplo las distorsiones que producen en las salidas de las seales.Para la aplicacin se recomienda verificar circuito por circuito si intervienen varios para as asegurar su mejor funcionamiento. Ya que el acoplamiento entre los filtros debe ser exacto para no tener perdidas en las seales.RECOMMENDATIONSFor the filters we can keep in mind in like we opt in working with nearer commercial values to those calculated so that this doesn't interfere with the mediations in the laboratory for this way to obtain a great efficiency in the filters and to obtain good results. It should be known with security that those integrated 741 are working correctly since this help could give us problems like loss of time to the moment to prove. And if one works with those integrated that they take four operational in a single chip, the datasheet should be had of these integrated since that we cannot arm and we don't obtain good results.CONCLUSIONSAnalyzing the circuits armed in this practices we can deduce that each one of these filters, we check that so much in the calculations as mediations and simulations has similarities, this can be proven carrying out an observation in the bode diagrams, so much feigned as the graphs carried out with the values obtained in the laboratory. The filters are circuits in which one can obtain different types of bands, with this it is gotten filters with low, high or half band, or even to eliminate it completely in certain frequency, of this it depends on the circuit or of the band, one of these circuits is the ecualizador carried out as application. Each one of the configurations of the active filters could be proven and it could be carried out a very important application since these filters has like benefit to avoid some nuisances in our circuits like for example the distortions that take place in the exits of the signs. For the application it is recommended to verify circuit for circuit if they intervene several it stops this way to assure their best operation. for the joining among the filters should be exact for not to have lost in the signs.

8. - BIBLIOGRAFIA:[1]http://www.electronics.com.ar/electron/operacionales\Amplificadores operacionales/filtros Electrnica Facil.htm[2]Electrnica General, Tomo I, Tecnologa Electrnica.[3]Boylestand Nashelsky. Electrnica teora de circuitos. Prentice Hall.