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).

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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.