FILTROS ACTIVOS Y PASIVOS VENTAJAS Permite eliminar las

FILTROS ACTIVOS Y PASIVOS VENTAJAS: • Permite eliminar las inductancias que, en baja frecuencia son voluminosas, pesadas y caras. • Facilitan el diseño de filtros complejos mediante la asociación de etapas simples. • Proporcionan una gran amplificacìón de la señal de entrada (ganancia), lo que es importante al trabajar con señales de nivel muy bajos. • Permiten mucha flexibilidad en los proyectos INCONVENIENTES: • Exigen una fuente de alimentación • Su respuesta en frecuencia está limitada por la capacidad de los Amp. Op. Utilizados. 1

RESPUESTA EN FRECUENCIA DE 4 TIPOS DE FILTROS 2

FILTRO PASA BAJOS PASIVO DE 1 er ORDEN Pendiente: -20 db/dec o -6 db/oct Este tipo de filtro se puede construir con una malla RC o RL. 3

FILTRO PASA BAJOS ACTIVO DE 1 er ORDEN Pendiente: -20 db/dec o -6 db/oct GANANCIA UNITARIA FRECUENCIA DE CORTE 4

FILTRO PASA BAJOS ACTIVO DE 1 er ORDEN Pendiente: -20 db/dec o -6 db/oct INVERSOR FRECUENCIA DE CORTE GANANCIA DEL FILTRO ACTIVO 5

FILTRO PASA BAJOS ACTIVO DE 1 er ORDEN Pendiente: -20 db/dec o -6 db/oct NO INVERSOR GANANCIA DEL CIRCUITO FRECUENCIA DE CORTE 6

FILTRO PASA BAJOS ACTIVO DE 2º ORDEN Pendiente: -40 db/dec o -12 db/oct BUTTERWORTH FRECUENCIA DE CORTE NORMALIZADA R 1 = R 2 = R; C 1 = 2 C 2 con = 0, 707 (Factor de Amortiguación) ECUACIÓN DE DISEÑO 7

ECUACIONES DEL CIRCUITO Desarrollando las ecuaciones (1) y (2), obtenemos la relación H(s)=VO / Vi 8

OBTENCIÓN DE H(s) ECUACIÓN NORMALIZADA DE SEGUNDO ORDEN 9

COMPARANDO TÉRMINO A TÉRMINO TENEMOS QUE: FRECUENCIA DE CORTE NORMALIZADA R 1 = R 2 = R; C 1 = 2 C 2 con = 0, 707 1 = 2 1 = (R 1+R 2) • C 2 2 = R 1 • C 1 ECUACIÓN DE DISEÑO Procedimiento de Diseño: 1. 2. 3. 4. 5. Defina una frecuencia de corte fn 2. Defina C 1; elija el valor adecuado, comprendido entre 100 pf y 0, 1 f 3. Defina C 1 =2 C 2 Calcule R 5. Calcule RF = 2 R 10

FILTRO PASA BAJOS Trabajo de investigación Dado el siguiente circuito demostrar que: ¿Por qué no interviene R 1 en el cálculo de fc ? 11

FILTRO PASA ALTOS PASIVO DE 1 er ORDEN Pendiente: +20 db/dec o +6 db/oct • Este tipo de filtro se puede construir con una malla • RC o RL. 12

FILTRO PASA ALTOS ACTIVO DE 1 er ORDEN Pendiente: +20 db/dec o +6 db/oct NO INVERSOR GANANCIA DEL CIRCUITO FRECUENCIA DE CORTE 13

FILTRO PASA ALTOS ACTIVO DE 1 er ORDEN Pendiente: +-20 db/dec o +6 db/oct NO INVERSOR Ganancia Unitaria. GANANCIA DEL CIRCUITO FRECUENCIA DE CORTE 14

FILTRO PASA BAJOS ACTIVO DE 1 er ORDEN Pendiente: +20 db/dec o +6 db/oct NO INVERSOR GANANCIA DEL CIRCUITO FRECUENCIA DE CORTE 15

FILTRO PASA ALTOS ACTIVO DE 2º ORDEN Pendiente: +40 db/dec o +12 db/oct BUTTERWORTH FRECUENCIA DE CORTE NORMALIZADA R 1 =2 R 2; C 1 = C 2 =C con = 0, 707 (Factor de amortiguación) ECUACIÓN DE DISEÑO 16

ECUACIONES DEL CIRCUITO Desarrollando las ecuaciones (1) y (2), obtenemos la relación H(s)=VO / Vi 17

OBTENCIÓN DE H(s) ECUACIÓN NORMALIZADA DE SEGUNDO ORDEN 18

COMPARANDO TÉRMINO A TÉRMINO TENEMOS QUE: FRECUENCIA DE CORTE NORMALIZADA R 1 = 2 R 2 ; C 1 = C 2 = C con = 0, 707 (Factor de amortiguación) ECUACIÓN DE DISEÑO Procedimiento de Diseño: 1. Defina una frecuencia de corte fn 2. 2. Defina C; elija el valor adecuado, comprendido entre 100 pf y 0, 1 f 3. 3. Calcule R 1 y R 2 19

FILTRO PASA BAJOS Trabajo de investigación Dado el siguiente circuito demostrar que: • ¿Por qué no interviene C 1 en el cálculo de fc ? 20

FILTRO PASA BANDA 21

FILTRO PASA BANDA (banda angosta) 22

FILTRO PASA BANDA (banda angosta) Ecuaciones: 23

FILTRO PASA BANDA (banda angosta) desarrollando 24

FILTRO PASA BANDA (banda angosta) CIRCUITO NORMALIZADO PARA DISEÑO 25

CONFORMACIÓN DE UN FILTRO PASA BANDA A PARTIR DE UN FILTRO PASA BAJOS Y UN PASA ALTOS 26

RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL CIRCUITO PASA BANDA 27

FILTRO SUPRESOR DE BANDA O FILTRO NOTCH Filtro twin tee 28

FILTRO SUPRESOR DE BANDA O FILTRO NOTCH 29

FILTRO RECHAZO DE BANDA PASIVO TWIN-TEE 30

FILTRO RECHAZO DE BANDA ACTIVO TWIN-TEE 31

TABLA RESUMEN ORDEN DEL FILTRO PENDIENTE PASA BAJOS 1 - 6 db/oct 2 - 12 db/oct 3 - 18 db/oct 4 - 24 db/oct 5 - 30 db/oct 6 - 36 db/oct PENDIENTE PASA BANDA o SUPRESOR DE BANDA PENDIENTE PASA ALTOS +6 db/oct ± 6 db/oct +12 db/oct +18 db/oct ± 12 db/oct +24 db/oct +30 db/oct ± 18 db/oct +36 db/oct 32

Circuitos Integradores a) Integrador Pasivo Condición: = RC >> T / 2 Ecuación de diseño. Constante lenta Integrador Pasivo Simulación 1 Integrador Pasivo RC 33

Sea Vi(t) un escalón con magnitud E: Representa la ecuación de la recta 34

Ejercicio Analizar el siguiente circuito Simulación 2 Integrador Pasivo LR Circuito RL 35

Plantear ecuaciones que determina los puntos A y B en función de E Para que efectivamente la carga del condensador sea lineal, la 36 corriente de carga debe ser constante.

Fuente de corriente constante Velocidad de barrido [V/seg] I = Corriente Constante C = Condensador Investigar otras fuentes de corriente constante 37

b) Integrador Activo • Investigar forma de onda de salida Simulación 3 Integrador Activo RC Simulación 4 Integrador Activo LR Integrador Activo 38

Circuito Diferenciador a) Diferenciador Pasivo ( Pasa Alto ) Condición: << T / 2 Ecuación de diseño Simulación 5 Diferenciador Pasivo CR Simulación 6 Diferenciador Pasivo LR 39

a) Diferenciador Pasivo ( Pasa Alto) Vo = -V En el canto de bajada la tensión de entrada se va a tierra y el condensador deja una polaridad negativa en la salida VO 40

41

b) Diferenciador Activo Simulación 7 Diferenciador Activo CR Simulación 8 Diferenciador Activo LR Diferenciador Activo 42

Elementos Activos como Interruptores ü Diodo ü Transistor ü FET ü Amplificador Operacional 43

Diodo 44

Aplicación Circuito AND - OR Simulación 9 Circuito OR 45

Ejercicio Construir tabla de verdad, y Ver cómo funcionan éstas compuertas con Vi definido ( entre 0 y –V ) Circuito AND - OR Resolución AND Simulación 10 Circuito AND 46

El Diodo como Recortador Diodo Recortador Tarea Diodo Recortador Simulaciones Diodo Recortador 47

El Diodo como Restador de Nivel Continuo y como Multiplicador de Tensión. • El diodo conduce máximo 90°, conduce solo para inyectarle tensión al condensador. • En el semiciclo ( + ) Vo = Vi + Vm. Diodo Restador 48

• Cuando el Condensador se carga a través de R, el diodo conduce solo para inyectarle corriente al C, para que este quede cargado con Vm. Simulación 1 • Cuando el Diodo está al revés la señal se desplaza hacia abajo. 49

Doblador de Tensión Simétrico Media Onda • El D 2 evita que se descargue C 2 hacia el circuito de entrada y solo se descargue hacia la carga si existe. • Si C 2 necesita corriente para cargarse, D 2 conduce. • Cuando C 1 se descarga, D 1 lo carga. Simulación 2 Doblador Media Onda 50

Duplicador de Media Onda Estos dobladores de tensión son de baja corriente ( A ) 51

Doblador de Tensión Asimétrico Onda Completa Simulación 3 Doblador Onda Completa 52

Doblador de Tensión Asimétrico Onda Completa • Estos circuito multiplican tensiones y generan poca corriente ( A ) 53

Multiplicador de Tensión No pueden existir los dos multiplicadores simultáneamente, por lo tanto la salida se toma desde la Out Par ó Out Impar. Simulación 4 Multiplicador de Tensión 54 Nota: Ver ejemplo práctico en manual ECG HV Rectifier, TV.

El Transistor y el FET como Dispositivos de Conmutación Configuración Simbolog ía 55

Existe un tiempo repetitivo que puede entregar más corriente, lo da el fabricante y es distinto de la corriente nominal. Lo mismo vemos para el voltaje inverso, se pueden sacar o soportar más Vinv máx , pero por tiempos pequeños. Transistor como Conmutador FET como Conmutador 56

El Transistor y el FET como Dispositivos de Conmutación Animación 1 Animación 2 Zona de Saturación Vce 0 Ic máx Zona de Corte Ic 0 Vce (máx. ) 57

El Transistor y el FET como Dispositivos de Conmutación Ecuación Recta de Carga Saturación 58

Para el diseño La R se calcula en saturación NO en corte. Vi Vo 1 0 0 Vce Con Vi = 0 v ( el transistor se corta ) 59

• R 2 es necesaria para cargar el circuito, este baja la sensibilidad y reduce el ruido. • Existe una conmutación no deseada. • Sin R 2 también actúa como conmutador, pero pueden existir problemas (ruido). 60

Primer caso Simulación 5 Para diseño me doy I 1 e I 2 lo más cercano posible a Ib sa 61

Segundo caso Simulación 6 Sirven las mismas ecuaciones del primer caso, pero se debe verificar el estado de corte (tensión de juntura 62

Tercer caso Por superposición: • Se puede aplicar el divisor de tensión porque no existe corriente (Ya que estamos en la zona de corte). Simulación 7 Transistor Casos 63

Tercer caso Zona de Corte: 64

Otra posibilidad es darse I 1 e I 2, por lo tanto calculo R 1 , R 2 y verifico el corte. ( Ecc 2 ) Aparte : 65

El FET como Dispositivos de Conmutación Por Tensión Por Corriente FET como Conmutador 66

El FET como Dispositivos de Conmutación Por corriente Nota: Para bloquear el SCR se abre el circuito con RESET ó se polariza en forma inversa. 67

El FET como Dispositivo de Conmutación Corte = VDS máx. ID min. Saturación = VDS min. ID máx. Curva del FET 68

El FET como Dispositivo de Conmutación Saturación y Corte del FET VGS 0 69

El FET como Dispositivo de Conmutación Simulación 1 Vi Vo Estado -V VDD Corte 0 0 Saturació n 70

Aplicaciones del Amplificador Operacional 71

El Amplificador Operacional como Interruptor Entradas del A. O. 72

El Amplificador Operacional como Interruptor El A. O debe trabajar sin el lazo de realimentación ( ganancia al Simulación 2 73

El Amplificador Operacional como Interruptor Simulación 3 74

El Amplificador Operacional como Interruptor Simulación 4 75

El Amplificador Operacional como Interruptor Simulación 5 76

El Amplificador Operacional como Interruptor Simulación 6 77

El Amplificador Operacional como Interruptor Simulación 7 78

Aplicaciones del Amplificador Operacional como NO Inversor Tarea: Dibujar Curvas Anteriores para No Inversor. Curvas No Inversor 79

Ejercicio Diseñe un apagado o encendido de un LED después de 20 segundos de energizado el circuito. 80

Comparador con histéresis (Schmitt trigger) Tarea: investigar configuración con A. O 3900 81

Comparador con histéresis (Schmitt trigger) Función de transferencia Se puede correr la histéresis. El comparador cambia de estado cuando la entrada se compara con la referencia. 82