Universidad del Valle de Mxico.

Campus Tlalpan.

Regin: Ciudad de Mxico.

Proyecto: Crossover de 3 vas.

Integrantes

Miguel ngel Cruz Romo.

Daniel Ramrez Bernab.

David Godnez Bones.

Francisco Javier Carcao Jurez.

Hctor Yair Arellanos de la Cruz.

Materias: Comunicaciones digitales y Medios y Sistemas de Transmisin.

Profesor: David Lozano Salmern.

Fecha : Diciembre-2010.

Resumen Abstract.

The filter is a system designed to obtain a specific transfer characteristic. That is, operates on a

signal (or signals) of entry of a default. Linear passive filters are usually considered part of the study

of circuits, linear systems or networks. They consist of a combination of resistors, inductors or

capacitors. Although it is possible to obtain a wide range of transfer characteristics using these

elements often require a lot of components. This leads to search alternatives to active filters.

A filter is a circuit that is designed to pass a specified frequency band, while attenuates all signals

outside the band. The filter circuits can be active or passive. The passive filter circuits containing only

resistors, inductors and capacitors. The inductors are often not used in active filters because they are

bulky and expensive and have large internal resistive components.

Resea Histrica.

La resea histrica se basa sobre una de las primeras compaas que empezaron a fabricar y

a dar cursos sobre crossovers, donde les ensean mediante un curso.

En el otoo de 1995 he hecho un poco de consultora, junto con un colega mo, para un fabricante de

altavoces conocido. Tenamos que desarrollar un curso de formacin en viaje de crossovers pasivos

para sus clientes. No era que se celebrar en la sede de la empresa, sino en varias ciudades o

regiones en todo el pas. La intencin de la empresa era ir a sus clientes y no esperar a que los

clientes vengan a ellos.

Adivina qu! la iniciativa fue un xito y lo repite muchas veces en lugares diferentes?. Habamos

decidido hacer la presentacin una sensacin de improvisacin. Hemos alternado demostraciones en

vivo con los conceptos verbales y teoremas en una combinacin ganadora que result en un

comprensible y entretenida en el foro. Con la ayuda de herramientas sofisticadas que muestran el

comportamiento de muchas marcas diferentes de altavoces y rangos de precios vinculado con tantos

cruces diferentes pre-hechos (era divertido cuando accidentalmente se meti en un cuaderno de

acoplamiento entre dos marcas hostiles mortales). Por otra parte hemos demostrado sin lugar a

dudas que los cruces pre-hechos no mantener lo que prometen en la caja de embalaje, no importa lo

bien hecho o de valor de los componentes.

Hoy una parte de este curso, la parte terica, est en el Internet aqu en delante de usted. Cuando

escrib este tutorial, me dije: "Con qu derecho hacen esto Qu valor tengo por escrito un curso

sobre cruces, con todo lo que ya se ha escrito sobre este tema Qu va a todos los gurs dicen por

ah??? " Los hechos y no tengo la respuesta, y es simple: la inmediatez de la lengua.

Estos son los temas sobre crossover que implementa esta empresa.

EL ALTAVOZ

Altavoces orthodinmicos

y isodinmicos

estructura y funcionamiento

altavoces de cono y de bveda

SISTEMAS MULTIVA

el altoparlante ideal

las bandas de frecuencia

LOS FILTROS

filtros activos y pasivos

pasivo de lnea

RESISTORES, INDUCTORES

Y CAPACITORES

resistencia, inductancia

y capacidad

estructura de los capacitores

condensadores electrolticos

LOS FILTROS EN CASCADA

LOS ESQUEMAS CIRCUITALES

dal primer orden

hasta el cuarto orden

DRAWING THE NUMBERS

frmulas

IMPEDANCIA DEL ALTAVOZ

la impedancia nominal

la curva de impedancias

LAS REDES DE ECUALIZACIN

la clula no inductiva

la clula no resonante

frmulas

LAS CELDAS DE ATENUACIN

la sensibilidad de un altavoz

frmulas

EL FILTRO RL

frmulas

EL "Q" DEL FILTRO

the shape of curves frmulas

CONEXIONES EN SERIE

Y EN PARALELO

capacitores, inductores,

resistores, parlantes

Filtro pasivo:

El filtro pasivo es un filtro electrnico formado nicamente por elementos pasivos, es decir, resistencias, condensadores y bobinas. En los sistemas de comunicaciones se emplean filtros para dejar pasar solo las frecuencias que contengan la informacin deseada y eliminar las restantes. Los filtros son usados para dejar pasar solamente las frecuencias que pudieran resultar ser de alguna utilidad y eliminar cualquier tipo de interferencia o ruido ajeno a ellas. Existen dos tipos de filtros: Filtros Pasivos: son aquellos tipos de filtros formados por combinaciones serie o paralelo de elementos R, L o C. Los filtros activos son aquellos que emplean dispositivos activos, por ejemplo los transistores o los amplificadores operacionales, junto con elementos R L C. Filtro activo: 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 amplificador 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, que permite obtener resonancia y un elevado factor Q sin el empleo de bobinas.

RESISTORES, INDUCTORES Y CAPACITORES

Los resistores son componentes que ofrecen cierta oposicin al flujo de corriente que atraviesa por ellos, atenan la seal, pero no modifican su respuesta en frecuencia. Por esta razn, se utilizan para balancear transductores con diversos valores de sensibilidad. Este parmetro indica cuanto ms sonoro resulta un altavoz que otro, bajo la misma tensin elctrica aplicada. Los valores de los resistores se expresan en Ohm (), unidad elctrica de la resistencia. En los circuitos elctricos se identifican por el siguiente smbolo:

Los inductores parecen carretes de alambre de cobre esmaltado de ah el nombre comn de bobinas que pueden bobinarse en forma plana o sobre ncleo de ferrita. A menudo pueden no contener ncleo, en cuyo caso se dice que estn bobinadas en aire. A diferencia de los resistores, son componentes reactivos que se oponen una elevada impedancia en seales de alta frecuencia, asimilndose a un corto circuito en frecuencias bajas. La transicin esta determinada por su valor, que se expresa en Henrios (H), unidad de la inductancia. Para la misma inductancia, las de ncleo de ferrita requieren menos bobina (espiras), que las de ncleo de aire, son ms pequeas, pero

tienden a saturar ante seales fuertes, introduciendo de esa forma distorsiones. En un esquema elctrico los inductores son identificados por el siguiente smbolo:

Reactivo, es tambin el comportamiento del condensador, pero lo contrario a los inductores. Por esta razn, se los define a ambos como elementos duales. Los condensadores se miden en Faradios (F), unidad de la capacidad. En un esquema elctrico se identifican por el siguiente smbolo:

Este no es el momento apropiado para analizar completamente el funcionamiento de los capacitores, es suficiente decir que son dispositivos capaces de almacenar cargas elctricas, se construyen con dos placas conductoras, separadas entre s, por un material aislante llamado dielctrico. Los capacitores se agrupan en familias, segn el tipo de dielctrico utilizado. Tendremos condensadores de tefln, de polipropileno, de policarbonato, de polister, de mica, o cermica. Todos estos materiales se caracterizan por tener una permeabilidad diferente, dependiendo de su constante dielctrica, un nmero que cuantifica prcticamente su relacin de aislamiento. Para aumentar la capacidad ser necesario reducir el espesor del dielctrico que separa las placas, pero solo algunos materiales permiten eso sin riesgos de perforacin.

Los condensadores electrolticos representan una familia separada, donde el dielctrico est constituido por una solucin electroltica gelatinoide, que si est sujeta a una polarizacin y mientras se mantenga esta polarizacin, produce una capa de xido aislante tan delgada que permite muy elevados valores de capacidad. Los capacitores electrolticos son por lo tanto componentes polarizados, es decir, con un borne positivo y otro negativo, y pueden ser utilizados solamente en circuitos donde la componente de corriente continua es mayor que la de corriente alterna, dado que sta es la que permite la formacin de la capa dielctrica. Son prcticamente irremplazables en circuitos de filtrado de fuentes de alimentacin, pero no deberan emplearse en crossovers, en los que las componentes de continua estn prcticamente ausentes.

Tipo de filtros pasivos Filtro Butterworth: en honor al ingeniero britnico Stephen Butterworth filtro bsico con respuesta

ms plana en la banda de paso y cada aguda en la frecuencia de corte a razn de 20n [dB/dec]

donde n es el orden.

Filtro Chebyshev: en honor a Pafnuty Chebyshev sus caractersticas matemticas se derivan de los

polinomios de Chebyshev. Presenta una cada de la respuesta en frecuencia ms pronunciada en

frecuencias bajas debido a que permite mas rizado que otros filtros en algunas de sus bandas.

Filtro Bessel: en honor al astrnomo y matemtico Friedrich Bessel. Para su diseo se emplean los

polinomios de Bessel. Son filtros que nicamente tienen polos. Diseados para tener una fase lineal

en las bandas pasantes, por lo que no distorsionan las seales por lo contrario tienen una mayor

zona de transicin entre las bandas pasantes y no pasantes.

Estado de innovaciones.

Atreves del Tiempo han cambiado los distintos crossovers desde sus formas hasta su material.

Este es uno de los ltimos crossover de 3 vas.

Este es un crossover de los primeros.

Desde los materiales como se puede observar a tenido una cierta innovacin desde las bobinas la

forma de realizarlas hasta las resistencias de potencia y los capacitores no polarizados.

Anlisis de resultados.

Filtro Pasa Bajas: tipo de filtro que deja pasar todas las frecuencias ubicadas por debajo de una

frecuencia critica y rechaza todas las frecuencias localizadas por encima de dicha frecuencia crtica.

Filtro Pasa Altas: tipo de filtro que deja pasar todas las frecuencias ubicadas por encima de una

frecuencia crtica y rechaza todas las frecuencias localizadas por encima y por debajo de ese

intervalo.

Filtro Pasa Bandas: dispositivo que deja pasar un intervalo de frecuencias ubicada entre dos

frecuencias criticas y rechaza frecuencias localizadas por arriba y por debajo de ese intervalo.

Desarrollo:

Desarrollo de filtros pasa bajas, pasa altas y pasa bandas

El objetivo es desarrollar un conjunto de filtros pasivos con las siguientes caractersticas:

1. Filtro pasa bajas: frecuencia de corte a 300 Hz

2. Filtro Pasa Altas: frecuencia de corte 5 KHz

3. Filtro Pasa Banda: ancho de banda de 4.7 KHz para la frecuencia inferior y superior de 300 Hz

y 5 Khz respectivamente

R1 50

R2 8

C1 7

7.3

1u

L1 2.66m

+

VG1

VF1

R1 50

R2 8

C1 547.2n

L1 1

0m+ VG1

VF1

R1 50 C1 8.5u

+ VG1

L1 2m

R2 8

VF1

Filtro Pasa Bajas:

Para este filtro se propone el siguiente circuito y su funcin de transferencia:

( )

(

)

Donde:

: Resistencia que posee la fuente L: Inductor C: Capacitor R: Resistencia Lo que sabemos de la ecuacin (1) es que cuando la frecuencia la funcin alcanzara su

mximo siendo este igual a:

| ( )| |

(

)

|

| ( )|

*

+

(

)

| ( )|

Sabemos que la frecuencia de corte se consigue cuando se obtiene la mitad de la potencia es

decir la mxima amplitud entre :

| ( )|

( )

Entonces la frecuencia que cumpla la ecuacin nmero (3) sera igual a la frecuencia de corte

que sera igual a Conocemos y para este caso se tiene que proponer

el valor de inductor y se calculara el valor del capacitor.

R1 50

R2 8

C1 7

7.3

1u

L1 2.66m

+

VG1

VF1

Sustituyendo la ecuacin (3) resulta:

,( )

- (

)

El inductor propuesto seria de L=2.66mH y considerando que:

,

y

El capacitor tendra un valor de .

Filtro Pasa Altas:

Para este filtro se propone el siguiente circuito y su funcin de transferencia:

( )

( )

(

)

Donde:

: Resistencia que posee la fuente L: Inductor C: Capacitor R: Resistencia

El mximo mximo de la funcin de transferencia, para este caso, se logra cuando y

nuevamente encontramos que es igual a

por lo tanto la frecuencia de corte se localiza

cuando se tiene:

| ( )|

Tomando la ecuacin (4) e igualando

se tiene:

*

( ) +

(

)

El valor propuesto para el inductor es de L=10mH

R1 50

R2 8

C1 547.2n

L1 1

0m+ VG1

VF1

,

Con el valor propuesto y los que se tiene se obtiene el valor del capacitor de .

Filtro Pasa Banda

Para este filtro se propone el siguiente circuito y su funcin de transferencia:

( )

Dnde: Un punto importante que hay que notar, es que la magnitud de la funcin de transferencia

alcanza su valor mximo es

en la frecuencia de resonancia. Entonces, el mximo lo alcanza

en dado por

. Las frecuencias de corte se determinan en funcin del factor de calidad, el

cual es igual a:

: Resistencia que posee la fuente L: Inductor C: Capacitor R: Resistencia

En donde B es el ancho de banda de nuestro circuito, y que es este caso ser B=4.7KHz (5KHz

300Hz). Sin embargo, no sabemos cul ser la frecuencia de resonancia; pero podemos sustituir

en la ecuacin anterior y despejar L, obteniendo:

R1 50 C1 8.5u+ VG1

L1 2m

R2 8

VF1

Falta an por determinar el valor de C. En principio podramos usar la

para conocer C, pero

no podemos hacer esto, ya que no sabemos cul es la frecuencia de resonancia; sin embargo,

conocemos la frecuencia de corte de los extremos, una de ellas es de 300Hz, la cual se cumple

cuando se tiene la mitad de la potencia; es decir, el mximo entre .

| ( )|

Sustituyendo la ecuacin (5) en la ecuacin anterior, se obtiene:

(( )

)

L=1.96 mH 2 mH

,

Sabiendo que es igual a

.Con el valor obtenido del inductor y los que se tienen se obtiene

el valor del capacitor de .

Conclusiones.

En este trabajo aprendimos que clase de filtros hay tanto pasivos como activos cuales son las

diferencias de un filtro activo y uno pasivo lo cual son los componentes que se usan ya que en el

primero se ocupan amplificadores operacionales y en el segundo solo componentes pasivos

como son las resistencias, capacitores e inductancias. En este trabajo tambin aprendimos

cuales son los tipos de filtros que hay que son los filtros pasa bajas, filtro pasa altas, y filtro pasa

bandas, que son los que se usan en los crossover (divisores de frecuencia), aprendimos tambin

un poco de lo que se tiene que hacer y considerar para hacer el diseo de un crossover. Uno de

los problemas que enfrentamos al disear el crossover fue el hecho de encontrar inductores

comerciales de los valores calculados ya que los crossover ocupan bobinas de ncleo de aire y

son un poco caras y por ese motivo no lo pudimos implementar en un circuito real lo que tuvimos

que hacer fue una simulacin y ver si con los valores calculados cortaba a las frecuencias de

corte que se haban planteado.

Para finalizar este trabajo nos sirvi para aprender un poco del el proceso de diseo de los filtros

pasivos y activos y que no es nada fcil disear algo desde cero.

Bibliografa

http://www.passivecrossovers.com/spanish/index2.htm

http://www.the12volt.com/caraudio/cross18db.asp

http://foro.tuning-on.com/audio-instrumental-y-electronica/3way-hivi-tower-speaker-

project-t47726.0.html

http://www.naikontuning.com/haslo_tu_mismo_en_tus_manos/crossovers.php

http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_crossover

FLOYD, THOMAS L,.

Dispositivos electrnicos

Octava edicin

PEARSON EDUCACION, Mxico, 2008

ISBN: 978-970-1193-6

rea: Ingeniera.

Formato: 21x27cm paginas: 1008

BOYLESTAD, ROBERT I,. Y NASHELSKY, LOUIS

Electrnica: teora de circuitos y

Dispositivos electrnicos, 8.ed.

PEARSON EDUCACION, Mxico, 2003

ISBN: 970-26-0436-2

rea: Universitarios

Formato: 21x27 cm Pginas: 1040