Date post: | 08-Nov-2015 |
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Universidad Diego Portales Electrnica y Electrotecnia.
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Electrnica y Electrotecnia Laboratorio N2 Filtros Electrnicos.
Integrantes: Ana Beln Chvez (78) Claudia Daz (79) Carolina Esquivel (80) Ariel Garay (82) Camilo Kunze (81).
Universidad Diego Portales Electrnica y Electrotecnia.
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Introduccin:
La experiencia a realizar tiene como objetivo estudiar el comportamiento de los filtros electrnicos
en un circuito elctrico, los que permiten discriminar una determinada frecuencia o conjunto de
estas con la finalidad de lograr modificar tanto su amplitud como su fase. Cabe destacar que
existen dos tipos de filtros electrnicos, en los cuales se enfocar este laboratorio:
Pasa Bajo: deja pasar las frecuencias bajas.
Pasa Alto: deja pasar las frecuencias altas y atena las frecuencias bajas.
*Tanto los filtros Pasa-Bajo como Pasa-Alto tienen una frecuencia de corte de -3dB.
Fig1. Pasa-Bajo. Fig2. Pasa-Alto
Para comprender de mejor manera esta experiencia se definirn ciertos conceptos:
RESISTOR: corresponde al componente electrnico diseado para introducir una
resistencia elctrica determinada entre dos puntos de un circuito.
CAPACITOR: es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrnica, el cual es
capaz de almacenar energa sustentando un campo elctrico.
PROTOBOARD: placa de prueba utilizada para probar circuitos sin tener que recurrir a la
soldadura de sus componentes, lo cual otorga facilidad al momento de agregar y/o quitar
elementos. Sin embargo, tiene desventajas, la principal y ms importante ,es que no
soporta frecuencias muy elevadas.
MULTITESTER: instrumento electrnico que sirve para medir directamente magnitudes
elctricas activas (corrientes y tensiones) o pasivas (resistencias y capacidades).
Posteriormente, se calcularan los valores de la resistencia y el condensador mediante dos mtodos
que otorgaran distintos valores los que luego sern comparados. Un mtodo para la resistencia es
el Cdigo de colores y para el condensador se recurre al Cdigo 101. Mientras que el otro
mtodo ser el de medir de forma experimental a travs del multitester, el que dar los valores
reales de los artefactos elctricos.
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Luego de esto, se llevara a cabo el diseo del circuito elctrico dado en un protoboard, el cual
corresponde a un filtro pasa-bajo conectado a un generador de seales (seal sinusoidal), donde
este ltimo otorgar diversas frecuencias al circuito con el objetivo de medir tanto la amplitud de
salida como la de entrada a travs del multitester. De esta forma es posible calcular la frecuencia
de corte de forma matemtica. Una vez obtenidos estos valores, ser posible realizar un grfico de
bode del filtro pasa-bajo, este procedimiento ser observado a lo largo de este informe de
acuerdo vaya detallndose la experiencia.
Cuestionario:
Investigue acerca de los filtros de frecuencia activos. Cul es su diferencia con los filtros
de frecuencia pasivos?
A diferencia de los filtros pasivos (utilizan solamente resistores, capacitores e inductores), los
filtros activos permiten eliminar las inductancias que, en bajas frecuencias, son voluminosas o
pesadas, adems proporcionan una gran amplificacin de la seal de entrada (utilizan un
amplificador de alta ganancia, transistores o amplificadores operacionales junto con los elementos
de R,L,C.) pero esto exige una mayor fuente de alimentacin y su respuesta de frecuencia est
limitada por la capacidad de los AO utilizados, tambin pueden ser aplicables slo en casos de
media y alta frecuencia.
Los filtros activos se emplean para aumentar o atenuar ciertas frecuencias como en los circuitos de
audio, generadores electrnicos de msica instrumentos ssmicos, y otros.
Investigue acerca de los filtros pasa-banda y rechaza-banda.
Filtros pasa-banda: Permiten solo el paso de frecuencias comprendidas entre la frecuencia inferior
de corte (w1) y la frecuencia superior de corte (w2), bloqueando las restantes.
Filtros rechaza-banda: Al contrario de los filtros pasa-banda, estos bloquean las frecuencias
comprendidas entre la frecuencia inferior de corte (w1) y la frecuencia superior de corte (w2) y
permitiendo el paso de las restantes.
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Calcule la respuesta en frecuencia / del siguiente circuito:
Luego dibuje el diagrama de bode de magnitud si R=L=C=1
Primero calculamos y con las frmulas de impedancias:
De estas se obtiene:
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Y el diagrama de bode de magnitud si R=L=C=1 ser:
Cmo se conectan los voltmetros en un circuito elctrico? Cul debe ser la resistencia
interna ideal de un voltmetro?
Los voltmetros deben ir conectados en paralelo con el componente que se quiere medir.
La resistencia interna ideal tiende a infinito.
Cmo se conectan los ampermetros en un circuito elctrico? Cul debe ser la
resistencia interna ideal de un ampermetro?
El ampermetro debe ir conectado en serie con el componente que se desea medir.
La resistencia interna ideal de un ampermetro tiende a cero ohm.
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Investigue acerca de un circuito divisor de voltaje.
Es un circuito donde se tiene una fuente de voltaje para proporcionar la energa y dos resistencia
R1 y R2. . Cualquier combinacin de R1 con R2 formara un divisor de voltaje. Divisor de voltaje
solo sirve para analizar dos resistencias, con la finalidad de obtener una tensin menor a partir de
una mayor.
Al tener dos resistencias el voltaje se puede dividir con la siguiente formulas: Para
Investigue acerca de los potencimetros. Cmo podemos hacer un divisor de voltaje
variable utilizando un potencimetro?
Es una resistencia de magnitud variable y controlable, que permite controlar la intensidad de
corriente si se conecta en paralelo o la diferencia de potencial al conectarlo en serie en un circuito
elctrico. El funcionamiento consiste bsicamente en conectar una pata en cada extremo y una
mvil que se puede desplazar mediante un cursor. Esta pata mvil es la que permite seleccionar la
resistencia que queremos utilizar, como una fraccin de la resistencia total el potencimetro, esto
nos permite usar el divisor de voltaje del mtodo mencionado.
Qu es una fuente de voltaje DC? Cules son sus caractersticas?
Instrumento electrnico, el cual posee la caracterstica de generar distintos tipos de ondas, en las
cuales sus frecuencias son completamente ajustables (pueden ir desde las ms altas a las ms
bajas incluso), medidas desde Hertz hasta Kilo-Hertz.
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Qu es un generador de funciones? Cules son las seales ms comunes que este
entrega?
Es un instrumento utilizado en la electrnica y sirve para generar o simular seales especficas con
determinadas caractersticas y las seales ms comunes son ondas sinusoidales, triangulares y
cuadradas.
Investigue como realizar simulaciones AC en LTSpice.
Para realizar una simulacin AC en LTSpice se arman circuitos que son quizs un poco ms
conocidos: Pasa-Altos y Pasa-Bajos de primer orden.
Vale destacar que en estos circuitos no se une (Vac) directamente con las entradas de los circuitos
pasa-altos y pasa-bajos, pero al colocar en las redes nombres iguales quedan unidas
implcitamente, formando un solo nodo. Se configura la fuente 'V1', que es quien impone la
tensin de entrada a nuestros filtros (Vac). Clic derecho sobre la fuente y luego 'Advance'.
Se configuran los parmetros de pequea seal y de anlisis de alterna. Editamos el comando de
simulacin nuevamente de la siguiente manera:
Clic a 'OK' y se corre la simulacin
Desarrollo:
Anote los valores nominales del capacitor y del resistor mirando los cdigos
correspondientes impresos en ellos.
Valores Tericos:
Resistencia: 10 103 [ ]
Capacitor: 10 10-12 = 10-11[ ]
Anote los valores reales del capacitor y del resistor midindolos con el tester. Qu
diferencias observa entre los valores nominales y reales? Qu diferencia porcentual se
observa?
Valores reales:
Resistencia: 9,76 103 [ ]
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Capacitor: 1,095 10-11 [ ]
Diferencia porcentual:
Resistencia:
Capacitor:
Usando los valores nominales del capacitor y del calcule el valor de la frecuencia de orte
terica del circuito que armar. Esta puede ser calculada en Hertz o en radianes por
segundo.
Construya el circuito en Protoboard. El generador de seales debe entregar una seal
sinusoidal cercana a 2V.
En la figura se ilustra el montaje experimental:
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Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la frecuencia de
la onda de entrada en cada uno de los valores especificados en la tabla a continuacin,
midiendo para cada valor la amplitud de la onda de salida.
Cul es aproximadamente la frecuencia de corte? Describa su procedimiento para
determinarla en el informe.
Para calcular la frecuencia de corte en este caso es necesario usar los valores reales obtenidos.
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Convierta los valores anteriores a decibeles, usando la frmula descrita en la seccin
Marco Terico. Con estos valores construya manualmente el diagrama de Bode de
magnitud del filtro como se muestra en la misma seccin.
La frmula descrita en el marco terico es:
Con lo anterior, a continuacin se construye el diagrama de Bode:
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Usando los mismos valores de la resistencia y el capacitor empleados en el circuito,
simule el filtro en LTSpice obteniendo el diagrama de Bode para el voltaje de salida
vo(t). Exponga y discuta sus resultados en lo que se refiere al comportamiento del
circuito y la frecuencia de corte, comparndolos con lo obtenido de forma experimental.
El circuito de forma experimental no tiene una curva tan pronunciada debido a que en
comparacin con los valores reales este no tiene perdidas de voltaje, es debido a eso que hay un
margen en la frecuencia de corte y en el grfico.
Conclusin:
Luego de desarrollar esta experiencia, se pusieron a prueba los conocimientos y herramientas
bsicas sobre resistencias, capacitores y voltaje, principalmente. Estos elementos fueron utilizados
al momento de confeccionar los circuitos pedidos, para posteriormente realizar las respectivas
comparaciones para los distintos valores experimentales y tericos.
Un nuevo elemento que se utiliz fue el protoboard, se aprendi a utilizarlo de manera correcta y
tambin a manipular de manera adecuada cada una de sus componentes, interpretar el valor de
las resistencias tomando en cuenta el color y su respectivo valor de tabla. Tambin se logr
identificar capacitores.
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Otra herramienta utilizada fue el multitester, este aparato fue usado para medir voltajes,
corrientes y como forma de corrobora los valores de las resistencias y capacitancias de los
circuitos creados en la experiencia. Cabe mencionar que para el uso del ampermetro debe estar
conectado en serie y para el voltmetro debe realizarse conexin en paralelo.
Finalmente, el ltimo aparato que se us fue el generador de frecuencias, el cual permiti, con
todas las medidas de seguridad requeridas, obtener y variar las distintas frecuencias para el
circuito, con el fin de ver los valores de entrada y salida. De este modo poder recolectar datos para
la tabla y realizar la curva pedida.
De este modo se puede concluir que la experiencia fue positiva, puesto que se pudo corroborar
experimentalmente lo que en teora deba ocurrir, una manera distinta y aplicada de poder
absorber la materia vista en sala de clases.