Filtros Activos Santiago Salinas

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TRABAJO INVESTIGATIVO FILTROS ACTIVOS

Santiago Salinas

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS “ESPE” Departamento de Energía y Mecánica Carrera de ingeniería en Mecatrónica Circuitos Eléctricos II Nrc: 2284

Sangolquí, Febrero 2015

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INDICE 1. TEMA..............................................................................................................................1 2. OBJETIVO......................................................................................................................1 3. DESARROLLO...............................................................................................................1 4.- CONCLUSIONES……………………………………………………………………..7 5.- BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………7

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1.- TEMA: Filtros activos.

2.- OBJETIVO: Realizar una investigación sobre los filtros activos para entender de manera teórica su funcionamiento y características, y de esta forma crear un base sólida que permita el desarrollo práctico de los mismos y su posterior implementación en el proyecto final de la materia de Circuitos Eléctricos II, a cargo del ingeniero Paúl Hernán Mejía Campoverde.

3.- DESARROLLO: Filtros Activos: Un filtro es una configuración específica de componentes electrónicos a los cuales se les provee de una señal de entrada o Vin, a lo cual ellos responden con una señal de salida V out, la relación entre Vout y Vin se denomina la ganancia del filtro. El objetivo de un filtro, como su nombre lo indica, es filtrar; en este caso se filtran frecuencias, esto quiere decir que entrarán señales con distintas frecuencias y a la salida solo llegarán las que trabajen a la frecuencia deseada en base a la cual se ha diseñado el filtro. Los filtros tienen una gran aplicación dentro de diversos campos de la electrónica, entre algunas aplicaciones se puede listar: En el campo de las telecomunicaciones se utilizan filtros de banda que trabajan en el rango de 0kHz a 20 kHz (rango de frecuencias de la voz humana) para procesamiento de voz; así mismo, filtros de banda de alta frecuencia son usados en las telefónicas para la selección de canales de trabajo; en las fuentes de poder también se usan filtro rechaza banda que trabajan a la frecuencia de 60 Hz (frecuencia de distribución del sistema eléctrico). Existen varias clasificaciones y tipos de filtros; una de ellas, por ejemplo, es por el tipo de señal que atenúan, viniendo a encontrar en este grupo filtros pasa-bajos, pasa-altos, pasabanda y rechaza-banda. Otra clasificación que existe es por la ganancia que proveen y el tipo de componentes electrónicos que implementan; es aquí donde se hace la diferencia entre filtros activos y pasivos. Como su nombre lo indican los filtros activos tienen elementos suministradores de energía en su configuración (amplificadores operacionales), esto se traduce en una mayor

4 ganancia en la señal de salida. Cuando se trabaja en bajas frecuencias existen 2 ventajas de los filtros activos con relación a los pasivos.

(1) No requieren inductores en su configuración lo cual hace que sean más pequeños y menos costosos. (2) A diferencia de los filtros pasivos, los cuales reproducen la misma respuesta en frecuencia; este tipo de filtros permiten una amplificación de la ganancia.

Figura 1: Diferencia de configuración entre un filtro pasivo y un activo, ambos de segundo orden.

Los circuitos activos son clasificados de acuerdo al número de polos en su función de transferencia, lo cual se denomina su orden.

Filtros activos de primer orden:

Son filtros en cuya función de transferencia solo existe un polo, sus elemento se componen de resistores, un capacitor y un amplificador operacional. Filtro Pasa-Bajos

Filtro Pasa-Altos

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A ( 0 )=

−R 2 R1

A ( ∞ )=0

A ( 0 )=0

A ( ∞ )=

−R 2 R1

Tabla 1: Características de los filtros activos pasa-bajos y pasa-altos de 1er orden.

En cuanto a los filtros pasa-banda y rechaza-banda se los considera exclusivamente de segundo orden ya que son una combinación de un pasa-bajos con un pasa-altos.

Filtros activos de segundo orden:

Son filtros que poseen 2 polos en su función de transferencia, existen 2 topologías para este tipo de filtros: la Sallen Key y la MDB, en este caso se estudiará la topología SallenKey ya que al ser una de las más sencillas es propicia para un estudio introductorio. Filtro Pasa-Bajos

Filtro Pasa-Altos

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A ( 0 )=1+

R4 R3

A ( ∞ )=0

A ( 0 )=0

A ( ∞ )=1+

R4 R3

Tabla 2: Características de los filtros Sallen Key activos pasa-bajos y pasa-altos de 2do orden.

Filtro Pasa-Banda

Frecuencia media:

Ganancia:

Ganancia media:

Calidad:

f m=

G=1+

1 2 πRC

R2 R1

Am=

G 3−G

1 Q= 3−G

Filtro Rechaza-Banda (Conf. Twin T)

f m=

Frecuencia media:

Ganancia:

G=1+

Ganancia pasa-banda:

Calidad de rechazo:

Q=

1 2 πRC

R2 R1

A ( 0 )=G 1 2∗(2−G)

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Tabla 3: Características de los filtros activos pasa-banda configuración Sallem-Key y rechaza-banda configuración Twin T de 2do orden.

4.- CONCLUSIONES:

Después de estudiar el comportamiento y distintas configuraciones de los filtros activos tanto de segundo como primer orden se puede concluir que son óptimos para el funcionamiento en bajas frecuencias sin embargo en altas frecuencias tienden a ser inestables por lo cual es recomendado el uso de filtros pasivos. Después de analizar el comportamiento de algunas configuraciones de filtros pasa-banda y rechaza-banda se puede concluir que si lo primordial es la estabilidad de la respuesta, se aconseja usar configuraciones que disminuyan el efecto de riso en la ganancia (Butterworth, Sallen Key, etc) mientras que si lo que importa es el filtro de las frecuencias, lo ideal es usar filtros con gran pendiente en el corte (Chebishev, etc).

5.- BIBLIOGRAFÍA:  Thomas Kugelstadt, DISEÑO DE FILTROS ACTIVOS, Texas Instrument SLOD006A Url: http://www.ti.com/lit/ml/sloa088/sloa088.pdf Última Visita: 22 de febrero de 2015.