Escuela de Física Electricidad y magnetismo II Fs-415
Filtros Eléctricos y sus aplicaciones
Introducción: Todo circuito eléctrico que tenga incluidas capacitancias e inductancias tiene características muy especiales. Cuando la frecuencia del circuito es un parámetro variable puede responder como un filtro eléctrico, el cual depende exclusivamente del modo de conexión y de los valores de los elementos. Todo filtro eléctrico es un circuito pasivo capaz de separar señales alternas de diferentes frecuencias, dejando pasar un rango de ellas y atenuando el paso de otras. Los filtros eléctricos se dividen en tres categorías principales: a) Filtro pasa bajos. b) Filtro pasa alta. c) Filtro Pasa Banda. Los filtros pasa bajos permiten el paso de frecuencias debajo de una frecuencia de corte, determinada por los valores de los elementos del circuito, con los filtros pasa altos sucede lo contrario. Mientras que con los filtros pasa banda permite el paso de una frecuencia o rango de frecuencias con un ancho de banda determinado.
La Resonancia Un circuito en serie que contiene R, L, C está en resonancia cuando la reactancia resultante es cero. Puesto que la caída a través de la inductancia se adelanta a la corriente en 90°, mientras que la caída a través del condensador se retrasa en 90°, las dos caídas de voltaje reactivas son opuestas. Si se hacen iguales entonces se neutralizan y el voltaje es igual únicamente a la caída resistiva. Esta situación o estado se llama resonancia en serie. El voltaje aplicado en esta fase con la corriente. El factor de potencia es igual a la unidad, así pues las reactancias se igualan =
=
Así pues se deduce la frecuencia de resonancia, está es: =
1 2 ∗ ∗ √
Como se muestra en la fig.2, el circuito RLC serie deja pasar frecuencias cercana a la resonante con más facilidad que otras. La banda de frecuencias que deja pasar se llama banda de paso. II. Procedimiento Experimental. Filtro Pasa Baja: Conecte el circuito tal como se muestra en la fig. 3 L
Vo
5.2 H + V1
R 30 k
-
La frecuencia de corte del filtro pasa baja se determina como:
=
2∗ ∗
A continuación determinaremos el comportamiento experimental de la salida en relación a la frecuencia del generador, para diferentes valores de frecuencia, anote las lecturas de , teniendo cuidado de mantener constante a en todas las mediciones. Anotar los datos en la tabla 1.
Filtro Pasa Banda: Este tipo de filtro es el más utilizado en los sistemas de comunicación. Hay varios tipos de circuitos que se comportan como un pasa banda entre los más importantes están: Filtros RLC serie, Filtros RLC paralelo, Filtros Tanque. En esta práctica se trabajara con el filtro RLC serie. A continuación conecte el filtro RLC serie de la fig. 4
C L
Vo
5.2 H
5 nF
+
R 90 k
V1 -
Utilizando el generador de onda suministre al circuito un voltaje de 6V Para determinar el comportamiento real del filtro con respecto a las variaciones de la frecuencia, mediremos el voltaje teniendo el cuidado de mantener constante la salida del generador de señales para los diferentes valores de frecuencias. Anote sus resultados en la tabla n° 2 # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
F(Hz) 70
400 1000
I
# 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
F (Hz)
8000
11000
I
Cuestionario: 1. Obtener la función de transferencia para el filtro pasa bajos y pasa banda, a partir de ésta, obtener el diagrama de magnitud de Bode. 2. Con los resultados de las tablas 1 y 2 construya dos gráficos de la corriente en función de la frecuencia, e indique gráficamente donde se localiza la frecuencia de resonancia, y la de corte. 3. Calcule teóricamente la frecuencia de corte del filtro pasa baja y la frecuencia de resonancia del filtro pasa banda y determine el % de error existente entre esos cálculos y los valores obtenidos en la gráfica. 4. Realice el análisis teórico para determinar la frecuencia de corte en un filtro pasa baja de dos etapas. (investigue). 5. Para el circuito RLC serie que se usó, calcule la potencia, el factor de potencia y la caída de voltaje a través de cada parte del circuito en el punto de resonancia. 6. Demuestre que la anchura de banda para el circuito RLC serie esta dado por: − =
7. Construya un diagrama fasorial de las caídas de tensión del circuito RLC serie en el punto de resonancia (Gráfico).