Transductores Electroacusticos

Laboratorio de Filtros Pasivos

Sebastián Ruiz Rosero, Ricardo

Universidad de San Buenaventura Bogotá, Colombia seruiz@academia.usbbog.edu.co rireyes@academia.usbbog.edu.co

Resumen— En este laboratorio se tiene como objetivo probar el funcionamiento de forma experimental de los filtros pasivos de primer y Segundo orden, obteniendo las graficas de respuesta en frecuencia y fase para entender como diseñarlos.

Abstract— In this practice its intended to explore how the pasive filters works in the first and second order, changing the parts and using tools to make the frecuency response and phase graphics in order to understand how to design the filters.

1. INTRODUCCIÓN

En el proceso de diseño de altavoces y transductores, se debe entender el funcionamiento de los filtros pasivos y como su correcto funcionamiento optimizan el proceso de diseño de altavoces de alta calidad.

Mediante la investigación realizada se puede saber que los filtros de primer y segundo orden bien diseñados pueden solucionar muchos problemas que surjan a lo largo del diseño de altavoces.

En este laboratorio se pretende mediante el establecimiento de frecuencias de corte fijas, buscar los elementos que puedan funcionar de modo teórico usando ecuaciones planteadas en las clases, para luego implementarlos de forma practica y así sacar conclusiones con argumento sobre el diseño de dichos filtros.

1. MARCO TEÓRICO

                Filtros activos

                Son aquellos que utilizan elementos como bobinas, capacitores o resistencias para al combinarse alterar una señal de entrada para a la salida solo dejar pasar la parte de la señal deseada, en el proceso de diseño surgen muchos tipos de filtros activos donde se destacan los pasa bajos, pasa altos y pasa banda [1]

                Filtros de primer orden

Poseen una entrada y una salida en donde la señal de entrada es una alterna con diferentes frecuencias y en la salida ciertas frecuencias son atenuadas a causa del circuito diseñado con resistencias, condensadores y/o bobinas, donde no existirán elementos activos, adicionalmente se denomina de primer orden al tener solo una célula que la conforma. [2]

Filtros de segundo orden

Son aquellos filtros que contienen mas de una célula que las conforman en donde se pueden combinar en este caso los capacitores y las bobinas, esto con el fin de generar una frecuencia de corte mas marcada, o para generar filtros con mas de una frecuencia de corte. [2]

Filtros paso-bajo:

Son aquellos que cuentan cuentan con una sola frecuencia de corte y a partir de ella las frecuencias altas son atenuadas. Dicha atenuación depende de la calidad y del diseño de los elementos que lo componen.

Filtro paso-alto:

Son aquellos que cuentan con una sola frecuencia de corte y a partir de ella las frecuencias bajas son atenuadas. Dicha atenuación depende de la calidad y del diseño de los elementos que lo componen.

Filtro paso-banda:

Son aquellos filtros que tienen 2 frecuencias de corte por lo cual deben ser diseñados con mas de un elemento de carga, es decir, o dos capacitores o dos bobinas o un capacitor y una bobina, dichos elementros delimitan las frencuencias de corte que son las que limitaran la banda deseada a permitir el paso, y a partir de dichas frecuencias de corte la señal restante será atenuada.

     Frecuencia crítica

      Son aquellas frecuencias en donde la amplitud de las frecuencias disminuye en 3 Decibelios, esto delimita los filtros y su funcionamiento.

III. Valores Teóricos

Al momento de comprobar las mediciones a realizar en este laboratorio se deberán calcular los valores de forma teórica para tener un punto de referencia al momento de comprobar la veracidad del funcionamiento de los filtros.[pic 1]

Filtros pasa Bajos.

Para esta clase de filtro se puede hacer dos clases de montajes, uno de forma RC y otro LR. El filtro paso bajo RC se caracteriza por solo utilizar una resistencia y un condensador, en un montaje bastante sencillo como el de la imagen.

Dichos filtros en el caso de ser de primer orden se diseñar con una resistencia y con un segundo elemento que puede ser o una bobina o un capacitor, para el ejercicio de este laboratorio se utilizara una resistencia y un capacitor como en la siguiente imagen.

Imagen 1 filtro pasa bajos RC

Para comenzar con el diseño del filtro lo primero que se debe conocer es la frecuencia de corte deseada, para este laboratorio se deseaba una frecuencia de corte de 1kHz, en donde a partir de dicha frecuencia, la señal de frecuencias altas debe ser atenuada fuertemente.

La formula para poder diseñar dicho filtro es la siguiente.

[pic 2]

En donde en el momento de reemplazar la frecuencia deseada y el valor de resistencia que se tenia que era de 1 kHz, el valor del capacitor resulto de ser de 1 mF que también se tenia disponible en el momento del montaje.

Posteriormente se debía diseñar el mismo filtro pasa bajos, pero con un modelo LR  

Imagen 2 filtro pasa bajos LR

Para obtener los elementos a usar en dicho circuito se volvió a reemplazar el valor de la frecuencia deseado en la siguiente ecuación donde ya no aparece el valor del capacitor sino ahora el de la bobina.

[pic 3]

En donde se tenia el valor de Bobina ya especificado de 10 mH en donde al reemplazar el valor de la resistencia fue de 10 Ohmios[pic 4]

Filtros pasa Altos

Para el diseño de dichos filtros se usan métodos bastante similares al de la pasa bajos, simplemente invirtiendo el orden de los elementos que lo conforman, en el caso de un filtro pasa alto conformado por un circuito CR, el modelo queda de la siguiente forma.

[pic 5]

Imagen 3 filtro pasa altos CR

    Para el diseño de los elementos de dicho circuito se tuvo en cuenta la siguiente ecuación, que resulta en ser la misma de los filtros pasa bajos, simplemente se diferencia en el momento de la implementación, el orden de su colocación.

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