PROYECTO FINAL: FILTRO PASABANDA DE BANDA ANCHA DE SEGUNDO ORDEN

I. Objetivos A. Diseñar un filtro pasabanda de banda ancha de segundo orden(el diseño es sin restricciones )B. Comprobar la ganancia máxima durante toda la banda ancha.C. Comprobar el 70% de la ganancia máxima en las frecuencias de corte D. Entender la relación que hay entre el número de polos con el acercamiento que tiene el filtro real al ideal

II. Equipo y materiales Protoboard

La protoboard es un dispositivo muy utilizado para probar circuitos electrónicos. Tiene la ventaja de que permite armar con facilidad un circuito, sin la necesidad de realizar soldaduras.

Si el circuito bajo prueba no funciona de manera satisfactoria, se puede modificar sin afectar los elementos que lo conforman. La protoboard tiene una gran cantidad de orificios en donde se pueden insertar con facilidad los terminales de los elementos que conforman el circuito.

Los circuitos  integrados se colocan en la parte central de la protoboard con una hilera de patas en la parte superior del canal central y la otra hilera en la parte inferior del mismo. Puede observarse sin problema que las patitas

del circuito integrado se conectan a una pista vertical diferente. Para realizar conexiones, entre las patitas de los componentes, se utilizan pequeños cables conectores de diferentes colores.

Si se observa la protoboard con detenimiento se puede ver que los orificios están etiquetados con números en forma horizontal (1, 2,3,...) y con letras (A, B, C, D..., J) en forma vertical. Esto es así para evitar errores en la interconexión de los diferentes elementos del circuito.

- Utilizar las "pistas" horizontales superiores e inferiores para conectar la fuente de poder para los circuitos.- Usar cable rojo para el positivo de la fuente y el negro para el negativo de la misma.- La alimentación del circuito se hace desde las pistas horizontales, no directamente desde la fuente.- Ordenar los elementos del circuito de manera que su revisión posterior por el diseñador u otra - Es ----recomendable evitar, en lo posible, que los cables de conexión que se utilicen entre dos partes del circuito sea muy larga y sobresalga del mismo.

En el siguiente diagrama se muestra un circuito armado sobre una protoboard.

Conectores cocodrilos

Esos cables tienen en una extremidad una pinza cocodrilo y en otra una pinza banana. Te podrán servir en numerosos casos, para multímetros, alimentaciones, osciloscopios, etc.

Resistencias

Concepto, unidades de una resistencia

El símbolo de la resistencia es:

Una resistencia también llamado resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje).

En el gráfico más abajo tenemos un bombillo /  foco en el paso de la corriente que sale del  terminal positivo de la batería y regresa al  terminal negativo.

La máxima cantidad de corriente que puede pasar por una resistencia, depende del tamaño de su cuerpo. Los valores de potencia comunes de las resistencias son: 1/4, 1/2, 1 watt, aunque hay de valores mayores.

Este bombillo /  foco que todos tenemos en nuestros hogares se comporta como una resistencia, pues limita el paso de la corriente, disipa calor, pero a diferencia del  foco o bombillo, la resistencia no emite luz.

Multitesterd

El multímetro digital es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos.

Leyendo el instructivo: Es importante leer el instructivo del fabricante para asegurar el buen funcionamiento del instrumento y evitar accidentes en el operario.

Ventajas sobre el multímetro analógico: Una palabra lo dice todo, exactitud.

PARTES Y FUNCIONES DE UN MULTÍMETRO DIGITAL.A continuación describiremos las partes y funciones de un multímetro (Steren MUL-270), recuerda que generalmente los multímetros son semejantes, aunque dependiendo de modelos, pueden cambiar la posición de sus partes y la cantidad de funciones, es por eso que cada parte tiene un símbolo estándar que identifica su función.

1.- Power: Botón de apagado-encendido.

2.- Display: Pantalla de cristal líquido en donde se muestran los resultados de las mediciones.

3.- Llave selectora del  tipo y rango de medición: Esta llave nos sirve para seleccionar el tipo de magnitud a medir y el rango de la medición.

4.- Rangos y tipos de medición: Los números y símbolos que rodean la llave selectora indican el tipo y rango que se puede escoger. En la imagen anterior podemos apreciar los diferentes tipos de posibles mediciones de magnitudes como el voltaje directo y alterno, la corriente directa y alterna, la resistencia, la capacitancia, la frecuencia, prueba de diodos y continuidad.

5.- Cables rojo y negro con punta: El cable negro siempre se conecta al borne o Jack negro, mientras que el cable rojo se conecta al Jack adecuado según la magnitud que se quiera medir. A continuación vemos la forma en que se conectan estos cables al multímetro.

6.- Borne de conexión o Jack negativo: Aquí siempre se conecta el cable negro con punta.

7.- Borne de conexión o Jack para el cable rojo con punta para mediciones de voltaje (V), resistencia ( ) y Ωfrecuencia (Hz). Su símbolo es el siguiente.

8.- Borne de conexión o Jack para el cable rojo con punta para medición de miliamperes (mA).

9.- Borne de conexión o Jack para el cable rojo con punta para medición de amperes (A).

10.- Zócalo de conexión para medir capacitares o condensadores.

11.- Zócalo de conexión para medir temperatura.

UTILIZANDO EL MULTÍMETRO DIGITAL.

A continuación mediremos algunas magnitudes utilizando el multímetro digital.

a) Midiendo resistencia: Medir una resistencia es un procedimiento sencillo, lo primero que hacemos es conectar los cables en los jacks correctos, luego movemos la llave selectora al símbolo y escogemos el rango adecuado de Ωacuerdo a la resistencia proporcionada por el resistor, si no lo sabemos, escogemos el rango más alto y lo disminuimos poco a poco hasta llegar a un cantidad diferente de uno (el uno indica que el rango es muy pequeño para medir esa resistencia) y con el mayor número de decimales, tocamos los extremos del resistor con las puntas roja y negra y finalmente multiplicamos la cantidad por el valor del rango. En la imagen anterior medí un resistor de 800 ohms y en la lectura me dio .809 por manejar el rango de 200 ohms a 2 kohms (2000 ohms), por lo que media realmente 809 ohms.

Esto lo podemos comprobar teóricamente al observar las bandas del resistor y hacer las operaciones correspondientes por medio de su código de colores. ¿Como sacar la resistencia de un resistor mediante su código de colores?

b) Midiendo voltaje (voltaje continuo o directo): Ahora mediremos una pila AA de 1.5 V, esta algo gastada así que veamos que sucede. Lo primero que haremos es colocar la punta del cable rojo en el electrodo positivo de la pila y el negro en el negativo, el resultado aparece en la pantalla del multímetro como lo podemos ver a continuación

c) Midiendo capacitancia y corriente: Al medir un capacitor o condensador, este debe estar descargado ya que almacena energía, y se debe tener cuidado al medir corriente. Aún no he medido ninguna de estas magnitudes, así

que cuando lo haga les explicare como hacerlo

Votimetro

Aparato utilizado para medir, directa o indirectamente, diferencias de potencial eléctrico. Esencialmente, un voltímetro está constituido por un galvanómetro sensible que se conecta en serie con una resistencia adicional de valor elevado. Para que en el proceso de medida no se altere la diferencia de potencial, es conveniente que el aparato consuma la menor cantidad posible de corriente; esto se consigue en el voltímetro electrónico, que consta de un circuito electrónico formado por un adaptador de impedancia.

Amperímetro

Galvanómetro graduado, de baja resistencia que, conectado en serie a un circuito eléctrico, da una medida directa de la intensidad de la corriente que por él circula; si la corriente es de elevada intensidad, se conecta en derivación, intercalando un shunt en el circuito. Para la medida de corrientes continuas se utiliza el amperímetro de cuadro móvil, que consta de un imán fijo en forma de herradura, entre cuyos polos de desplaza una bobina móvil; al circular una corriente por la bobina, el imán crea en ella un campo magnético, y éste un par de fuerzas que tiende a desplazar la posición de la bobina con una fuerza proporcional a la intensidad de la corriente, cuya medida viene dada por una aguja solidaria de la bobina. El amperímetro electrodinámico, que es de elevada precisión y permite medir tanto corrientes continuas como alternas, es de cuadro móvil: el campo magnético lo crea una bobina fija que está conectada en serie con la móvil. El amperímetro térmico, utilizado para medir corrientes alternas de alta frecuencia, se basa en el efecto termoeléctrico: se mide el voltaje creado por un par termoeléctrico sometido a la acción de la corriente cuya intensidad se desea conocer.

Ohmímetro

Aparatos utilizados para medir resistencias directamente, están basados en la ley de Ohm, es decir, la resistencia es inversamente proporcional a la corriente que atraviesa el circuito si suponemos la tensión constante. Lleva incorporada una batería de tensión constante y, enviando una corriente a través de la resistencia a medir, puede obtenerse el valor de ésta. Una condición fundamental es que la tensión permanezca constante. Usualmente, la fuente de tensión es una pila, acaba desgastándose y las medidas no serían correctas. Para solucionar esto, todos los ohmiómetros tienen una resistencia de ajuste a cero. Para medir correctamente con el ohmiómetro, la resistencia no debe estar bajo la influencia de ninguna tensión

Fuente de alimentación

En electrónica, la fuente de alimentación o  fuente de poder es el dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router, etcétera).

En inglés se conoce como power supply unit (PSU), que literalmente traducido significa: unidad de fuente de alimentación, refiriéndose a la fuente de energía eléctrica

Osiloscopio

Un osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas

que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de

espectro.

Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el

eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina

oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la

luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.

Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo

el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.

Generador de funciones

III. Marco teórico

FILTROS ELECTRONICOS

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);

En el filtro paso bajo solo pasan señales de baja frecuencia, pero bloquea o rechaza las señales de alta frecuencia, esto ocurre al revés en el filtro de paso alto ya que  deja pasar las señales de alta frecuencia bloqueando las de baja frecuencia menor a la frecuencia de corte. Luego nos encontramos con los filtros de pasa banda los cuales permiten el paso de las frecuencias que se encuentran entre un rango 1 y 2, llamadas frecuencia de corte menor y frecuencia de corte ω ωmayor, donde bloquea las frecuencias fuera de ese rango. Por ultimo están los filtros eliminadores de banda en los cuales  al contrario que el filtro paso banda, atenúa las frecuencias que se encuentran dentro de 1 y 2, dejando pasar las frecuencias restantesω ω

Tipos de Filtros Filtro de Butterworth

Este tipo de filtro presenta una banda de paso suave y un corte agudo. También es el filtro que presenta la respuesta más plana mientras más se acerca a la frecuencia de corte, es por eso que recibe el nombre de máximamente plana.

Filtro de ChebysheyEste filtro presenta la respuesta más aguda, pero también se generan algunas ondulaciones antes de llegar a la frecuencia de corte, estas ondulaciones se reducen conforme aumenta el orden del filtro

Filtro de BesselPresenta una variación de fase constante

Clasificación según la porción del espectro de frecuencia que dejan pasar

Pasabajos: dejan pasar frecuencias desde cd hasta alguna frecuencia de corte seleccionada (banda de paso) y atenúan todas las frecuencias superiores a fc (banda suprimida)Pasa altos: atenúa todas las frecuencias hasta fc y deja pasar todas las frecuencias superiores a fcPasabanda: dejan pasar todas las frecuencias entre una frecuencia inferíos f1 y una frecuencia superior f2 .todas las frecuencias inferiores a f1 y superiores a f2 son atenuadas. Rechaza banda: atenúan todas las frecuencias entre f1 y f2 y dejan pasar a todas las demás. A un filtro rechazo de banda con una banda angosta de frecuencia se le llama filtro de ranura (Noctch).

Procedimientos

1. Averigüe la hoja de datos del fabricante de mi transistor BJT en este caso OPAM LM741

2. Diseñe teóricamente el circuito del filtro Pasabanda de banda ancha de segundo orden 3. Seguidamente con el software Proteus 8 profesional realice una simulación de mi diseño para comprobar

la ganancia bajo distintas frecuencias y señales de entrada.4. Luego comencé a buscar las resistencias comerciales más cercanas a las calculadas y dadas en mi diseño

teórico 5. Después pase a lo más importante; implemente mi diseño en un protoboard, con la ayuda de resistencias y

capacitores del mercado 6. Ya en el laboratorio con la ayuda de una fuente continua para la alimentación, un generador de señales

para la señal de entrada y un osciloscopio para la medición y análisis de la señal de salida 7. Inmediatamente corregí algunos inconvenientes presentados en laboratorio; al ser algo real y ya no

teórico tendremos que tomar en cuenta aspectos que entorpecen la experiencia; estos inconvenientes se detallaran en la parte de Observaciones de este informe y se solucionara en la parte de Recomendaciones.

IV. Resultados

Simulación

Experimentales

PASAALTOS PASABANDA

PASABAJOS

SALIDA Y ENTRADA DURANTE LA FRECUENCIA DE CORTE SUPERIOR

SALIDA Y ENTRADA DURANTE LA FRECUENCIA DE CORTE INFERIOR

Teórico

V. Observaciones

Al alimentar tu circuito con vc.c. (En mi caso 15,-15) y luego apagar la fuente vcc. El voltaje de salida se mantiene y lentamente comienza a descender hasta los 0v.

VI. Recomendaciones

1. Utilizar pequeñas señales en la entrada, no pasar los 500mv de ser posible

2. Verificar lo más posible que sea correctos el orden de los pines del OPAM. En lo personal demore en obtener resultados aceptables de mi circuito por confundir y no verificar bien los pines del inversor con el no inversor.

3. Utilizar capacitores lentejitas y así nos despreocupamos por la polaridad también porque resulta más barato que el hidrolítico

4. En el diseño aconsejo fijar los capacitores y no las resistencias al ser estas más fáciles de ajustar y no los capacitores en su valor

VII. Conclusiones

1. El orden de las etapas del filtro pasa alto con el filtro pasas bajos no alterara el hecho que salga en pasabanda. Y no un rechazabanda como parecería al primero el pasabajos luego el pasaaltos.

2. A mayor número de polos la gráfica del pasabanda se acercara a la gráfica del pasabanda ideal.

3. En las frecuencias de corte tu ganancia será cercana a 70% de tu ganancia máxima.

4. Experimentalmente ocurre una pérdida de voltaje de salida y con ello una pequeña perdida de la ganancia en comparación de la ganancia teoría.

5. Al alimentar tu circuito y luego apagar la fuente el voltaje de salida comenzara a descender lentamente debido al almacenamiento de energía que tiene los condensadores

VIII. Bibliografía http://www.electronica.de/en/home/visitor Teoría de circuitos Floy https://pro.beatport.com/genre/electronica/3 Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos; Boylestad Fundamentos de circuitos eléctricos ; Sadiku