Download - Circuitos Electronicos II - Semana 03
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Ing. Edgard Oporto Diaz
CIRCUITOS ELECTRONICOS II
Mdulo: II Unidad: 01 Semana: 03
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SCHIMIT TRIGGERS Y GENERADORES NO
SENOIDALES
FILTROS ACTIVOS
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ORIENTACIONES
- Estudiar el material de ayuda antes de la sesin respectiva.
- Escuchar atentamente la tutora
- Para intervenir y hacer preguntas levantar la mano
- Ingresar con sus apellidos y nombres, no con seudnimo
- Desarrollar los ejercicios propuestos
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CONTENIDOS TEMTICOS
Schmitt triggers
Generadores no senoidales
Filtros
Tipos
Filtros activos con OPAMPS
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COMPARADORES
Funcionamiento
Seal sin ruido Seal con ruido
No son prcticos para eliminar ruido
Los comparadores se suelen usar como regeneradores de seal (pero de seales sin ruido)
Se compara Vi con Vr
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COMPARADORES
El OPAMP tiene dos modos de trabajo, como:
Amplificador (realimentado en diversas configuraciones) Comparador, sin realimentacin
Como amplificador, trabaja en la zona lineal Ud 0 VComo comparador, trabaja en la zona NO lineal Ud 0 V
Curva Vs-Ud real Curva Vs-Ud ideal
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COMPARADORES
En adelante se ver en modo comparador
Vs Salida del OPAMP
Es limitada por la fuente
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Usos de los comparadores
Activacin de salidas
Regenerador de seales
Chips comparadores
LM139 LM239 LM339
LM111 LM211 LM311
LM393
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Usos de los comparadores
Ruido
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SCHMITT TRIGGERS
O disparador de Schmitt.
Es un tipo especial de comparador.
Emplean dos tensiones de referencia.
Toda variacin de seal entre ellas no genera cambios en la salida.
Previene que el ruido cause falsos cambios de estado.
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SCHMITT TRIGGERS
Se basa en la histresis.
Previene que el ruido cause falsos cambios de estado
Histresis
Tendencia a conservar el nivel lgico o valor de salida hasta que no se
produzca un cambio brusco en la entrada.
Tensin de histresis
Diferencia entre las dos tensiones de referencia
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SCHMITT TRIGGERS
Comparador sin histresisUn solo nivel de referencia.
La salida cambia segn la entrada
sea mayor o menor que la
referencia.
Si Vi > Vr => Vo = 0V
Si Vi < Vr => Vo = Vsat
Comparador con histresisDos niveles de referencia.
Si Vi > VDS => Vo = -Vsat
Si Vi < VDI => Vo = +Vsat
Si VDI < Vi < VDS => Vo No cambia
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Usos de los comparadores
Eliminacin de efectos del ruido
Curvas de
histresis de
un comparador
Schmitt
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Comparador Schmitt trigger
La seal de entrada se conecta a la
entrada no inversora a travs de R1, por
lo que se denomina comparador no
inversor.
Comparador de Schmitt no inversor
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COMPARADOR Schmitt
Los niveles de comparacin
dependen de la salida y
son ajustables.
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Funcionamiento del comparador Schmitt trigger
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FILTROS
Existen diversos tipos de filtros:
Filtros pticos
Filtros acsticos
Filtros de correo
Filtro de aire
Filtro de acuario
Filtros electrnicos
Son dispositivo que atenan, amplifican, eliminan o simplemente dejanpasar los componentes de una seal o material que los atraviese.
FILTRAR = ELIMINAR
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FILTROS ELECTRONICOS
Dispositivo que:
- Atena
- Amplifica
- Elimina
- Dejar pasar o
- Desfasa
las componentes de frecuencia de una seal.
El filtro afecta tanto la amplitud como la fase de las componentes.
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
Seales elementales
a) Continua o DC
b) Senoidal
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
Toda seal consta de:
a) Parte continua, DC, valor promedio, OFFSET
b) Senoidales a distintas frecuencias, amplitudes y fases
DC + senoidal
A todo el conjunto de
senoidales de una
seal se les llama AC
o componentes AC
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
Grafica en el DOMINIO del tiempo
To = 1 ms fo = 1 KHz
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
Grafica en el DOMINIO de la frecuencia
A esta grfica se le llama ESPECTRO DE FRECUENCIA de f(t)
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
Seal en los dominios del tiempo y la frecuencia
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
ESPECTRO DE FRECUENCIA del SENO
La grfica muestra una LINEA:
a) UBICACION DE LA LINEASe ubica en la frecuencia del seno
b) MAGNITUD DE LA LINEAEs proporcional al valor pico del seno
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
a) Ubicacin de las lneas
Indican la frecuencia de cada
componente SENO de una seal
b) Tamao de las lneas
Indican la magnitud de cada SENO que
conforman una seal
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
Espectro de frecuencia de una seal
a) Muestra el contenido de frecuencias de dicha seal.
b) Muestra el contenido de SENOS de una seal
FRECUENCIA SENO
SEAL SENO
Es una seal elemental.
Contiene solo UNA
frecuencia
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
OTRAS SEALES
Contienes varios, muchos o infinitos senos.
Es decir, contienen ms de una frecuencia.
POR LO TANTO
Su espectro contiene ms de una LINEA
Dos DOMINIOS distintos
pero equivalentes
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
Espectro de frecuencia visto con analizador de espectros
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COMPONENTES DE UNA SEAL
ANALISIS ESPECTRAL
Componentes de una seal cuadrada
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TIPOS DE FILTROS ELECTRONICOS
- Analgicos
Trabajan con seales continuas
Pueden ser:
- Pasivos
- Activos
- Digitales
Trabajan con seales digitales, se implementan en cdigomediantes procesadores.
- De capacitores conmutados
Hbridos, contiene elementos analgicos y digitales
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TIPOS DE FILTROS ELECTRONICOS
FILTROS PASIVOS
Son filtros analgicos.
Solo emplean componentes pasivos.
Resistores
Capacitores
Bobinas
Uso tpico para frecuencias superiores a 1 MHz
Bobinas: solo a frecuencias altas. Son voluminosos a frecuencias bajas.
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TIPOS DE FILTROS ELECTRONICOS
FILTROS ACTIVOS
Son filtros analgicos.
Uso tpico para frecuencias menores a 1MHz.
Emplea componentes activos y pasivos (resistores y capacitores).
Componentes activos
Son aquellos que proporcionan cierta amplificacin.
Transistores
OPAMPs
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FILTROS ELECTRONICOS
FILTROS PASIVOS
Siempre atenan
FILTROS ACTIVOS
Presentan ganancia o atenuacin segn la frecuencia.
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FILTROS ELECTRONICOS
Se describen mediante su funcin de transferencia.
Funcin de transferencia H(s)
Es el modelo matemtico del filtro.
Describe su comportamiento.
Relaciona la salida con la entrada mediante la transformada de Laplace.
Entrada Salida
FILTRO
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FILTROS
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TIPOS DE FILTROS
Filtro PASO BAJO (LP) Filtro PASO ALTO (HP)
Filtro PASO BANDA (BP) Filtro RECHAZA BANDA
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TIPOS DE FILTROS
Filtro pasa bajosPermite el paso de frecuencias bajas, desde 0Hz (DC o continua)hasta una frecuencia determinada (frecuencia de corte - fc).
Atena en forma considerable las frecuencias mayores a lafrecuencia de corte.
Presentan ceros a alta frecuencia y polos a bajas frecuencia.
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TIPOS DE FILTROS
Filtro pasa altosPermite el paso de frecuencias mayores a una frecuencia de corte(fc) determinada. No existe un lmite superior especificado.
Presentan ceros a bajas frecuencias y polos a altas frecuencias.
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TIPOS DE FILTROS
Filtro pasa banda
Permiten el paso de componentes contenidos en undeterminado rango de frecuencias, comprendidos entre unafrecuencia de corte inferior y otra superior.
f1 o fc1 Frecuencia de corte inferior
f2 o fc2 Frecuencia de corte superior
Atena o elimina todas las frecuencias queestn por encima o debajo de los lmitesde la banda asignada.
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TIPOS DE FILTROS
Filtro rechaza (o elimina) banda
Impide el paso de componentes contenidos en undeterminado rango de frecuencias, comprendido entre unafrecuencia de corte inferior y otra superior.
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TIPOS DE FILTROS
Filtro NOTCH
Impide el paso de una frecuencia especfica.
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TIPOS DE FILTROS
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PARAMETROS DE UN FILTRO ANALOGICO
Banda de paso
Rango de frecuencias que pasan sin ser filtradas.
Banda de rechazo o atenuada
Rango de frecuencias que son rechazadas.
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PARAMETROS DE UN FILTRO ANALOGICO
La frecuencia de corte
Donde la amplitud cae en 3 dB de su valor en la banda de paso.
Desfasaje
Entre la entrada y la salida. En general, diferente para cada frecuencia.
Viene dado por una funcin de transferencia.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Parmetros: Dominio de la Frecuencia
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
No es posible realizar filtros idealesCada tipo de filtro optimiza un aspecto parcial:
- Respuesta plana en la banda de paso
- Minimizacin del rizado
- Pendiente de transicin ms pronunciada
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FILTROS REALES
FILTRO PASABAJO
Plantilla de
aproximacin
FILTRO PASABAJO
Aproximaciones
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FILTROS RC - Comparacin
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Tipos de filtros
Los filtros ideales tienen aproximaciones ya estudiadas. Su anlisis matemtico es complejo.
Las ms comunes y usados son:
Butterworth
Bessel
Chebyshev
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Tipos de filtros segn funcin de transferencia
Filtro de Butterworth
Ganancia lo ms plana posible en la banda de paso
Corte poco abrupto en la zona de transicin
Filtro de Chebyshev Corte ms abrupto en la zona de transicin
Mayor rizado en la banda de paso
Filtro de Bessel
Mnima deformacin de la seal
Desfase lineal con la frecuencia
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Comparacin entre filtros
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Comparacin entre filtros
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Filtros especiales
Existen filtros activos bsicos que se emplean en aplicaciones no crticas.
Los filtros:
Butterworth
Bessel
Chebyshev
Se disean para cumplir requerimientos ms crticos, como:
Ganancia plana en la banda de paso
Transicin rpida entre las bandas de paso y rechazo
Para ello, la funcin de transferencia debe tener polo complejos.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Filtros especiales
Butterworth
Respuesta plana en la banda de paso
Cada suave en la regin de transicin
A mayor orden del filtro, aumenta la rapidez de cada.
Uso tpico como filtro antialias
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Filtros especiales
Chebyshev
Rizado en la banda de paso
Cada ms rpida que Butterworth
A mayor orden del filtro, aumenta la rapidez de cada y el rizado.
Bessel
Variacin lineal de la fase en la banda de paso.
La seal que pase por el filtro no tiene distorsiones pero si retardo.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Aplicaciones de diseo
Texas Instruments
Linear Technology
Microchip
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Contiene red de realimentacin con resistencias y reactanciascapacitivas.
La ganancia del filtro es funcin de la frecuencia de la seal de entrada
El anlisis del circuito se hace en el dominio de la frecuencia.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Circuitos bsicos
Pasa Bajos
Orden 1
Pasa Altos
Orden 1
Los filtros bsicos se emplean cuando no se tienen exigencias de ganancia
plana en la banda de paso o de transicin rpida entre las bandas de paso
y rechazo.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Filtro pasa bajo
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
El filtro activo tiene ganancia, es decir la banda pasante no solo es atenuada (como en los filtros pasivos) sino que es amplificada
Filtro pasa baja
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Filtro activo pasa alta
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Filtro activo Pasa alto
Orden 2 Tipo Sallen-Key
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Filtro activo pasa banda
Incluimos en la configuracin pasa-alta la realimentacin pasa-baja
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Filtro activo Pasa banda
Orden 2 Tipo Sallen-Key
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Filtros especiales
FACTOR DE CALIDAD Q DE UN FILTRO PASABANDA
fm Frecuencia central
f1, f2 Frecuencias de corte inferior y superior
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO TIPICO PASABAJOPor divisor de tensin:
Funcin de transferencia
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO TIPICO PASABAJO - DISEO
Frecuencia de corte, fc: La ganancia se reduce 0.707 veces su valor en DC.
Procedimiento
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO TIPICO PASABAJO - RESPUESTA
Valor de ganancia a fc se encuentra haciendo wRC = 1:
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASABAJO
En muchas aplicaciones se requiere que la ganancia sea plana o unitaria en la
banda de paso.
Respuesta en frecuencia ideal (lnea continua) y real (a trazos) para tres tipos
de filtro Butterworth.
A mayor
pendiente, el filtro
se aproxima ms
al ideal.
Se pueden usar arreglos
(como el filtro previo) en
cascada para aumentar
la pendiente, pero
requiere dos OPAMPS.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASABAJO de -40dB/dcada
Es el de uso ms comn.
Luego de fc, la magnitud cae a -40dB por cada aumento en 10 de la frecuencia.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASABAJO de -40dB/dcada
Procedimiento de diseo
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASABAJO de -40dB/dcada
Procedimiento de diseo para fc = 1KHz, con C1 = 10nF
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH
PASABAJO de -60dB/dcada
Consta de dos etapas en
cascada:
Pasabajos de -40dB/dcada
Pasabajos de -20dB/dcada
Pendiente: -60dB/dcada
Las ganancias parciales se
multiplican.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH
PASABAJO de -60dB/dcada
Las ganancias parciales se
multiplican.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASABAJO de -60dB/dcada
PROCEDIMIENTO DE DISEO
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASABAJO de -60dB/dcada
PROCEDIMIENTO DE DISEO EJEMPLO
Halle C1, C2 y R para fc de 1KHz con C3 = 0.01uF.
Solucin
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO DE -20dB/dcada
Es ms fcil ajustar R que C.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO DE -20dB/dcada
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO DE -20dB/dcada
Procedimiento de diseo
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO DE -40dB/dcada
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO DE -40dB/dcada
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO DE -40dB/dcada
Procedimiento de diseo
Tpico C = 10nF
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO DE -60dB/dcada
Circuito
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO DE -60dB/dcada
Respuesta en frecuencia
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO DE -60dB/dcada
Procedimiento de diseo
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO BUTTERWORTH PASAALTO
Comparacin
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
Ganancia mxima a fr (Frecuencia de resonancia)
Banda de paso: entre fL y fH
Ancho de banda (BW o B): fH fLBW no est necesariamente centrado en fr, por eso no se usa el trmino fc.
FILTROS PASABANDA
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FACTOR DE CALIDAD Q
Mide la selectividad del filtro.
Un Q alto indica que el filtro selecciona una banda ms pequea, es ms selectivo.
FILTROS PASABANDA
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTROS PASABANDA
Tipos
a) De banda angosta
Q > 0.5
Se construyen en una sola etapa
b) De banda ancha
Q < 0.5
BW es dos o ms veces fr
Se construyen poniendo en cascada filtros pasa-bajo con un pasa-alto.
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO PASABANDA DE BANDA ANCHA (Orden 2)
Ambos filtros deben tener la misma ganancia en la banda de paso.
La fc del pasa-bajo debe ser 10 ms veces la fc del pasa-alto.
Se muestra circuitos con dos filtros de -40dB/dcada
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO PASABANDA DE BANDA ANCHA (Orden 2)
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FILTROS ACTIVOS CON OPAMPS
FILTRO PASABANDA DE BANDA ANGOSTA (Orden 2)
fr = 100 Hz
BW = 500 Hz
Q = 2
fL = 780 Hz
fH = 1280 Hz
En general:
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CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE
INVESTIGACIN SUGERIDAS
a) Simule los circuitos Schmitt triggers estudiados
b) Defina en sus propias palabras las caractersticas, ventajas y
desventajas de los diversos tipos de filtros activos.
c) Simule los diversos circuitos de filtros activos estudiados.
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GRACIAS