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Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio CARRERA PLAN DE ESTUDIO CLAVE NOMBRE DE LA ASIGNATURA IC 2003-1 5048 Electrónica Aplicada II PRÁCTICA No. 10 1 LABORATORIO DE NOMBRE DE LA PRÁCTICA Ingeniero en Computación DURACIÓN (HORA) Filtros Activos con Opams 4 INTRODUCCIÓN En esta práctica el alumno comprobará el funcionamiento de los filtros activos pasa bajas, pasa altas y pasa bandas, construyendo los tres tipos de filtros con amplificadores operacionales, aplicando señales de voltaje con diferentes frecuencias a la entrada de los circuitos y midiendo la señal de voltaje a la salida. 2 OBJETIVO (COMPETENCIA) Comprobar el funcionamiento de filtros activos pasa bajas, pasa altas y pasa bandas. 3 FUNDAMENTO Un filtro es un circuito diseñado para pasar una banda de frecuencias especificada, mientras atenúa todas las señales fuera de esta banda. Los circuitos de filtrado pueden ser activos o pasivos. Los circuitos de filtrado pasivo contienen solo resistores, inductores o capacitores. Los filtros activos contienen transistores o amplificadores operacionales más resistores, capacitores o inductancias. A menudo los inductores no se utilizan debido a que son voluminosos, costosos y pueden tener componentes resistivos internos. Existen cuatro tipos de filtros: pasa bajas, pasa altas, pasa banda y rechaza banda. Un filtro pasa bajas, como el que se muestra en la figura 1, es un circuito que tiene un voltaje de salida constante desde cc hasta una frecuencia de corte (fc). Conforme la frecuencia aumenta arriba de la fc, el voltaje de salida se atenúa. El alcance de las frecuencias que se transmiten se conoce como pasa banda. El alcance de las frecuencias que se atenúan se conoce como banda de paro. La fc, también se denomina: frecuencia 0.707, Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 1 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . . Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio frecuencia a 3dB, o frecuencia de esquina. Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 1 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . . Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio Un filtro pasa altas, como el de la figura 2, atenúa el voltaje de salida para todas las frecuencias abajo de la fc. Arriba de la fc, la magnitud del voltaje de salida es constante. Para un filtro pasa altas o pasa bajas, la fc se evalúa mediante: wC = 1 = 2 ⋅ π ⋅ fC Ra ⋅ C1 Donde wC es la frecuencia de corte en radianes por segundo, fC es la frecuencia de corte en hertz, R está en ohms, y C está en faradios. Un filtro pasa bandas, como el de la figura 3, permite el paso de un rango de frecuencias definido entre una fc corte inferior y una fc superior. Donde la fc de corte inferior es definida por la frecuencia de corte de un filtro pasa altas. Mientras que la fc superior es definida por la frecuencia de corte de un filtro pasa bajas. Figura 1. Filtro pasa bajas. Figura 2. Filtro pasa altas. Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 2 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . . Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio Figura 3. Filtro pasa bandas. 4 A 1 1 1 1 PROCEDIMIENTO (DESCRIPCIÓN) EQUIPO NECESARIO MATERIAL DE APOYO Computadora con multisim instalado. Fuente de poder Generador de funciones Osciloscopio 2 1 1 1 1 1 1 Resistencias de 33 KΩ. Puntas para Osciloscopio. Conector T. Cable coaxial. Capacitor de 0.001 μF. Amplificador operacional LM741. Protoboard. Alambre para protoboard. Caimanes. Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 3 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . . Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio A 1 1 1 1 EQUIPO NECESARIO MATERIAL DE APOYO Computadora con multisim instalado. Fuente de poder Generador de funciones Osciloscopio B 2 1 1 1 1 2 1 Resistencias de 33 KΩ. Puntas para Osciloscopio. Conector T. Cable coaxial. Capacitor de 0.001 μF. Amplificadores operacionales LM741. Protoboard. Alambre para protoboard. Caimanes. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1 El filtro pasa bajas. a) Calcule la frecuencia de corte para el circuito de la figura 1. b) Simule el circuito de la figura 1 en multisim. c) Con el generador de funciones de multisim aplique una señal senoidal en la entrada (Vi) de 1Vpp para cada una de las frecuencias indicadas en la tabla 1 y anote el valor de la señal de salida (Vo) en la columna correspondiente al circuito simulado. d) Determine la frecuencia de corte en el circuito simulado, variando la frecuencia de la señal de voltaje de entrada, hasta que el voltaje de salida corresponda al 70.71% de la amplitud de la señal de entrada. e) Arme el circuito de la figura 1. f) Con el generador de funciones aplique una señal senoidal en la entrada (Vi) de 1Vpp para cada una de las frecuencias indicadas en la tabla 1 y anote el valor de la señal de salida (Vo) en la columna correspondiente al circuito armado. Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 4 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . . Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio Tabla 1. Filtro pasa bajas Frecuencia Vo (Circuito simulado) Vo (Circuito armado) 1.0 Khz 3.0 Khz 5.0 Khz 10.0 Khz 15.0 Khz 20.0 Khz 25.0 Khz 30.0 Khz 35.0 Khz 40.0 Khz g) Dibuje la siguiente gráfica con los datos de la tabla 1. Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 5 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . . Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio h) Anote los resultados obtenidos de la frecuencia de corte para los tres casos, según la siguiente tabla. Teoría Simulación Práctica Frecuencia de corte 2. El filtro pasa altas. a) Calcule la frecuencia de corte para el circuito de la figura 2. b) Simule el circuito de la figura 2 en multisim. c) Con el generador de funciones de multisim aplique una señal senoidal en la entrada (Vi) de 1Vpp, para cada una de las frecuencias indicadas en la tabla 2 y anote el valor de la señal de salida (Vo) en la columna correspondiente al circuito simulado. d) Determine la frecuencia de corte en el circuito simulado, variando la frecuencia de la señal de voltaje de entrada, hasta que el voltaje de salida corresponda al 70.71% de la amplitud de la señal de entrada. e) Arme el circuito de la figura 2. f) Con el generador de funciones aplique una señal senoidal en la entrada (Vi) de 1Vpp para cada una de las frecuencias indicadas en la tabla 2 y anote el valor de la señal de salida (Vo) en la columna correspondiente al circuito armado. Tabla 2. Filtro pasa altas Frecuencia Vo (Circuito simulado) Vo (Circuito armado) 1.0 Khz 3.0 Khz 5.0 Khz 10.0 Khz 15.0 Khz 20.0 Khz 25.0 Khz 30.0 Khz 35.0 Khz 40.0 Khz Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 6 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . . Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio g) Dibuje la siguiente gráfica con los datos de la tabla 2. h) Anote los resultados obtenidos de la frecuencia de corte para los tres casos, según la siguiente tabla. Teoría Simulación Práctica Frecuencia de corte 3. El filtro pasa bandas. a) Calcule las frecuencias de corte superior e inferior para el circuito de la figura 3. b) Simule el circuito de la figura 3 en multisim. c) Con el generador de funciones de multisim aplique una señal senoidal en la entrada (Vi) de 1Vpp, para cada una de las frecuencias indicadas en la tabla 2 y anote el valor de la señal de salida (Vo) en la columna correspondiente al circuito simulado. d) Determine las frecuencias de corte en el circuito simulado, variando la frecuencia de la señal de voltaje de entrada, hasta que el voltaje de salida corresponda al 70.71% de la amplitud de la señal de entrada. e) Arme el circuito de la figura 3. f) Con el generador de funciones aplique una señal senoidal en la entrada (Vi) de 1Vpp para cada una de las frecuencias indicadas en la tabla 3 y anote el valor de la señal de salida (Vo) en la columna correspondiente al circuito armado. Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 7 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . . Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio Tabla 3. Filtro pasa bandas Frecuencia Vo (Circuito simulado) Vo (Circuito armado) 1.0 Khz 3.0 Khz 5.0 Khz 10.0 Khz 15.0 Khz 20.0 Khz 25.0 Khz 30.0 Khz 35.0 Khz 40.0 Khz g) Dibuje la siguiente gráfica con los datos de la tabla3. Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 8 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . . Fecha de efectividad: 13-08-07 . UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA (UNIDAD MEXICALI) DOCUMENTO DEL SISTEMA DE CALIDAD Formato para prácticas de laboratorio h) Anote los resultados obtenidos de la frecuencia de corte para los tres casos, según la siguiente tabla. Teoría Simulación Práctica Frecuencia de corte inferior Frecuencia de corte superior CÁLCULOS Y REPORTE Los formatos de las prácticas deberán incluir lo siguiente: 1. Nombre del laboratorio 2. Nombre de la práctica 3. Nombre del alumno 4. Nombre del maestro instructor 5. Objetivos a lograr 6. Desarrollo de la práctica 7. Conclusiones 5 RESULTADOS Y CONCLUSIONES El alumno presentará los resultados de las tablas contenidas en el procedimiento de la práctica, las gráficas de los mismos y justificará las diferencias entre los datos obtenidos en la teoría, simulación y el armado del circuito según se especifique. El alumno presentará sus conclusiones de la práctica considerando los resultados de la misma. 6 ANEXOS Ninguno. Formuló Ing. Ulises Castro Peñaloza Revisó MC. Gloria E. Chávez Valenzuela Aprobó Autorizó MC. MIGUEL ANGEL MARTINEZ ROMERO Maestro Coordinador de la Carrera Gestión de la Calidad Director de la Facultad Página 9 de 9 Código Revisión GC-N4-017 0 . .
