Exp Amplificador Sintonizado 01marzo

INSTITUTO TECNOLOGICO DE TIJUANA UNIDAD OTAY

Unidad Otay, Blvd. Industrial y Av. ITR Tijuana S/N, Mesa Otay C.P. 22500

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Analógica III

Facilitador:

Ing. Josue Serrano

Exposición:

Amplificadores sintonizados

Presenta_:

-Martínez Rivera Hermes [email protected]

-Abraham Duarte Contreras [email protected]>

Tijuana B.C a 01 de Marzo del 2013

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]



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AMPLIFICADOR SINTONIZADO

-Características del amplificador sintonizado-

Los amplificadores sintonizados contienen circuitos resonantes en el circuito de

entrada, en el circuito de salida, o en ambos. Se usan para amplificar señales de

banda estrecha (es decir, señales cuyas componentes pertenecen a una estrecha

banda de frecuencias), mientras que rechazan las señales de las bandas de

frecuencia adyacentes. Por ejemplo, los receptores de radio y televisión utilizan

amplificadores sintonizados para seleccionar una señal de entre las varias que

llegan al receptor a través de la antena.

Un amplificador sintonizado es diseñado para anchos de banda específico. El

ancho de banda ideal tendría en todas las frecuencias por debajo de la frecuencia

de corte inferior (fC1) y por encima de la frecuencia de corte superior (fC2) una

ganancia cero. Las curvas de respuesta ideal y práctico para un tipo de

amplificador sintonizado se muestran en la figura 1. Note que la ganancia del

circuito disminuye en un rango de frecuencias. Tenga en cuenta que:

El rango de frecuencias entre fC1 y fC2 se refiere para un amplificador

pasa banda.

El rango de frecuencias que están por debajo de la frecuencia de corte

baja y las que se encuentran por encima de la frecuencia de corte superior

son rechazadas.



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Figura 1.Curva de respuesta Ideal vs curva de respuesta práctica del pasa-bandas.

Lo cerca que un amplificador sintonizado pueda estar a tener las características de un

circuito ideal depende de la calidad (Q) del circuito.

Las características de un amplificador sintonizado ideal están en función del factor Q

Esto sirve para ver lo selectivos que son, es decir, para ver el ancho de banda. En

principio, un filtro con menor ancho de banda (mayor Q), será mejor que otro con más

ancho. También, como se puede deducir de la ecuación 1, es más difícil hacer filtros de

calidad (porque requieren una Q mayor) a alta frecuencia que a baja frecuencia.

(1)

Donde:

Q: factor de calidad

F0: frecuencia central

BW: Ancho de banda

La ecuación 1 implica que Q depende de los valores de los componentes del circuito

para la frecuencia central y el ancho de banda.



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En la figura 2 se muestra dos curvas con diferentes factores de calidad Q, la curva en azul

que la denominaremos “a” presenta un mayor factor de calidad que la curva “b” ( color

rojo). Esto debido a los diferentes valores de los componentes del circuito.

Figura 2. Banda Ancha vs Factor de caida

Recuérdese que “f0” es la media geométrica de fC1 y fC2, y se describe en la

ecuación 2.

(2)

Si la Q de un amplificador sintonizado es mayor o igual a 2, entonces f0 se acerca

a la media algebraica de fC1 y fC2,. La ecuación f.ave ( frecuencia promedio) se

presenta en (3):

(3)



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Los amplificadores sintonizados pueden construirse de componentes discretos

(FETs y BJT) o amplificadores operacionales. Los Amplificadores sintonizados

discretos normalmente emplean circuitos (inductivos capacitivos) LC para

determinar la respuesta de frecuencia. Los Amplificadores operacionales

normalmente se ajustan con Circuitos RC (resistivos capacitivos).

Filtros activos

Los circuitos de sintonía con op-amp se refieren generalmente como filtros

activos. Hay cuatro tipos básicos de filtros activos:

Un filtro pasa-bajas, deja pasar todas las frecuencias por debajo de su

frecuencia de corte (fC).

Un filtro pasa-altas, deja pasar todas las frecuencias por encima de su

frecuencia de corte (fC).

Un filtro pasa-bandas pasa todas las frecuencias entre sus frecuencias de

corte superiores e inferiores (fC1 y fC2).

Un filtro Suprime banda (o muesca) bloquea todas las frecuencias entre sus

frecuencias de corte superiores e inferiores (fC1 y fC2).

Los conceptos de f0, BW y Q se asocian principalmente con filtros pasabanda y

muesca. Filtros de pasa-altas y pasa-bajas se describen usando solamente una

frecuencia de corte . Las curvas de respuesta de frecuencia de los cuatro tipos de

filtro se muestran en la figura 3.



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Figura 3. Curvas de respuesta de frecuencia del filtro activo.

Un filtro activo tiene uno o más circuitos RC. Cada circuito RC se conoce como un

polo. Así, un filtro de un polo contiene un circuito RC, un filtro de dos polos

contiene dos circuitos RC y así sucesivamente. La orden de un filtro activo indica

el número de polos que contiene.

El número de polos en un filtro determina el factor de caída. Un filtro activo tiene

un factor de caída de 20 dB/década por polo. Esto es ilustrado por la tabla que se

muestra a continuación:



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Tipo de filtro # de Polos Factor de atenuación

1er orden 1 20 dB por decada

2do orden 2 40 dB por decada

3er orden 3 60 dB por decada

Los Filtros Chebyshev y Bessel son diseños de filtro activo común. El filtro

Butterworth se refiere a una respuesta de plano máximo o plano-plano. Estos

nombres se refieren al hecho de que Av(dB) es relativamente constante a través

del ancho de banda .La Respuesta de frecuencia del Butterworth se ilustra en la

figura 4.

Figura 4. Curvas de respuesta para el filtro Butterworth



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Con los filtros de Chebyshev se consigue una caída de la respuesta enfrecuencia

más pronunciada en frecuencias bajas debido a que permiten rizadoen alguna de

sus bandas (paso o rechazo). A diferencia del Filtro deButterworth donde los polos

se distribuyen sobre una circunferencia, los polosdel filtro Chebyshev lo hacen

sobre una elipse; sus ceros se encuentran en el eje imaginario.Se conocen dos

tipos de filtros Chebyshev, dependiendo del rizado en algunabanda determinada

El filtro de Chebyshev difiere al Butterworth en dos importantes sentidos.

La ganancia no es constante en toda la banda de paso.

El Chebyshev tiene un factor de atenuación inicial mayor para las

frecuencias que se encuentran por debajo y encima del ancho de banda.

Sin embargo, como frecuencia de operación se mueve más lejos fuera de la

banda de paso.

Figura 5. flitro Chebyshev vs filtro butterwort



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El filtro de Bessel está diseñado para proporcionar un desplazamiento de fase

constante a través de su banda. Como resultado, tiene una mayor fidelidad

(capacidad para reproducir con precisión una forma de onda) que los filtros

Butterworth o Chebyshev. Su principal desventaja es su tasa de roll-off inicial

inferior. De estos tres filtros, el Butterworth es el más comúnmente utilizado.

La Figura 6 ilustra la respuesta de frecuencia de un filtro de Chebyshev y lo

compara con un Butterworth y Bessel. Tenga en cuenta la ondulación en la banda

de paso del filtro de Chebyshev.

Figura 6. Grafica comparativa de los filtros butterwort, chebyshe y Bessel.

Filtros pasa-bajo y pasa-alto



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Dos filtros de Butterworth unipolar low-pass se muestran en la figura 7. El circuito

RC en la entrada a cada circuito determina la frecuencia de corte de circuito como

sigue (4):

(4)

Figura 7. Filtros activos de unipolar low-pass

Filtro de paso bajo de Sallen-Key. Un filtro de paso bajo de Sallen-Key (bautizado por sus

desarrolladores) se muestra en la figura 8. El filtro contiene dos polos (circuitos RC). Por

lo tanto, su tasa de roll-off final es 40 dB por década. La frecuencia de corte del circuito se

encuentra como sigue.

(5)



11

El circuito en la figura 8 produce una curva de respuesta de Butterworth cuando la

ganancia de voltaje (ACL) es 1.586 (4 dB). Si ACL > 4 dB, el circuito tenderá a producir

una curva de respuesta de Chebyshev. Si ACL < 4 dB, el circuito tenderá hacia una curva

de respuesta de Bessel.

Figura 8. Filtro pasa-bajas Sallen-Key

El factor de amortiguación para un filtro activo determinado es una medida de su

inmunidad a las variaciones de ganancia cuando opera cerca de su frecuencia de

corte (fC). Filtros Chebyshev (que experimentan variaciones significativas en

ganancia cuando opera cerca de fC) tienen bajos factores de amortiguamiento.

Los Filtros de Bessel (que tienen bajas tasas iniciales roll-off) tienen altos factores

de amortiguamiento. El factor de amortiguación para un determinado filtro de

Sallen-Key es una función de su red de retroalimentación y puede encontrarse

como se muestra en (6).

(6)



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Para proporcionar una curva de respuesta de Butterworth, el filtro de Sallen-Key

debe tener un factor de amortiguación de 1.414. La amortiguación de los factores

resultan en Chebyshev y curvas de respuesta de Bessel hijo 0.767 y 1.732,

respectivamente.

Un filtro activo de tres polos puede ser construido en cascada usando un filtro de

un polo con un filtro de dos, como se muestra en la figura 17,17 del texto.

Filtros activo pasa alto

Filtros de paso alto difieren de los filtros de paso bajo sobre todo en la manera se

configuran los circuitos RC. Dos filtros de paso alto activo se muestran en la figura

9 . Se calculan las frecuencias de corte de circuito como se muestra en la figura.

Figura 9. Typical high-pass active filters.



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Para mantener las características de respuesta Butterworth, filtros de paso alto y

paso bajo tanto deben cumplir requisitos de ganancia específica. Estos requisitos

se resumen en la tabla 1 del texto. Cualquiera de los filtros multietapas indicados

en la tabla puede construirse mediante el número apropiado de etapas en cascada

de dos polos.

PASO DE BANDA Y FILTROS NOTCH

Filtro pasa-bandas

Filtros Band-pass están diseñados para pasar todas las frecuencias dentro de sus

anchos de banda. Una forma común de construir un filtro paso banda es en

cascada de un filtro de paso bajo con un filtro de paso alto, como se muestra en la

figura 10. El filtro de paso bajo determina el valor de fC2, y el filtro de paso alto

determina el valor de fC1.



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Figura 10. filtro de dos etapas band-pass.

Una vez el límite superior e inferior están determinadas frecuencias, otros valores

de circuito pueden calcularse como sigue:

(7)

(8)



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(9)

La desventaja obvia de este circuito es que requiere dos amplificadores

operacionales y un gran número de resistencias y condensadores.

El filtro de paso de banda de respuesta múltiple recibe su nombre del hecho de

que tiene dos redes de retroalimentación negativa, como se muestra en la figura

11 .

Figura 11. A multiple-feedback band-pass filter.

La frecuencia de centro geométrico de un filtro pasa-banda de retroalimentación

múltiple puede calcularse utilizando

(10)

Filtros notch

Un filtro de muesca bloquea todas las frecuencias dentro de su ancho de banda.

Como fue el caso con el filtro band-pass, un filtro de muesca puede construirse



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como un filtro gradual o como un filtro de respuesta múltiple. La Figura 12 muestra

un diagrama de bloques de un filtro de muesca gradual y su curva de respuesta de

frecuencia. Como puede ver, el filtro de paso bajo determina fC1 y el filtro de paso

alto determina fC2. La brecha entre las dos frecuencias de corte es el ancho de

banda del filtro. Tenga en cuenta que FC1 debe ser inferior a fC2 para el circuito

tener una curva de respuesta de la muesca.

Figura 12.Diagrama a bloques de un filtro multi-etapa notch y curva de respuesta.

Como puedes ver, requiere de muchos componentes. Como fue el caso con el

filtro pasa-banda, el filtro de muesca múltiple de respuesta es más simple

construir.



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Las funciones de filtro de muesca de retroalimentación múltiple al igual que su

homólogo de paso de banda, pero con algunas diferencias. Brevemente, podemos

calcular el valor de f0 usando:

(11)

También cabe señalar que 1 ACL fuera de la banda parada

Dos aplicaciones de filtro activo

1) Una red de cruce es un circuito que divide una señal de audiofrecuencia en

componentes de alta y baja frecuencia. Las frecuencias altas van a un

altavoz de agudos y los graves van a un woofer. La Figura 13 muestra un

diagrama de bloques que ilustra cómo una red de cruce podría utilizarse en

un sistema de audio.

Figura 13. Divisor en un sistema de audio.



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2) Un ecualizador gráfico es un sistema que está diseñado para permitirle

controlar la amplitud de diversas gamas de audiofrecuencia. Un ecualizador

gráfico simple puede construirse como se muestra en la figura 14. Aunque

este circuito sólo utiliza tres filtros de pasa banda, se pueden usar más

filtros para aumentar la sofisticación del sistema. La ganancia de cada filtro

pasa-banda aumenta o atenúa la señal dentro de su gama de frecuencias.

El componente final es el amplificador sumador que combina las señales de

los varios filtros pasa banda.

Figura 14.Equalizador Grafico simple.

Referencias

1) http://wps.prenhall.com/chet_paynter_introduct_7/30/7755/1985444.cw/-/1985447/index.html

2) http://wps.prenhall.com/chet_paynter_introduct_6/6/1665/426298.cw/index.html

http://wps.prenhall.com/chet_paynter_introduct_7/30/7755/1985444.cw/-/1985447/index.html

http://wps.prenhall.com/chet_paynter_introduct_6/6/1665/426298.cw/index.html

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Exp Amplificador Sintonizado 01marzo