1. Teoria sobre Filtros Pasivos y Activos

Filtro

Es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase.

- Un Filtro electrónico es un elemento que deja pasar señales eléctricas a través de él, a una cierta frecuencia o rangos de frecuencia mientras previene el paso de otras, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase. Es un dispositivo que separa, pasa o suprime un grupo de señales de una mezcla de señales. Pueden ser: analógicos o digitales.

Filtro Pasivo

En los sistemas de comunicaciones se emplean filtros para dejar pasar solo las frecuencias que contengan la información deseada y eliminar las restantes. Los filtros son usados para dejar pasar

solamente las frecuencias que pudieran resultar ser de alguna utilidad y eliminar cualquier tipo de interferencia o ruido ajeno a ellas. Existen dos tipos de filtros: Filtros Pasivos: son aquellos tipos

de filtros formados por combinaciones serie o paralelo de elementos R, L o C.

Filtro Pasabajos

Un filtro paso bajo corresponde a un filtro caracterizado por permitir el poso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas. 

Filtro de Pasa alto

Es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan las componentes

de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas incluso pueden amplificarse en los filtros activos.

La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación.

Filtro paso banda

Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto.

Un circuito simple de este tipo de filtros es un circuito RLC (resistor,bobina y condensador)

en el que se deja pasar la frecuencia de resonancia, que sería Ia frecuencia central (fc) y las componentes frecuencia les próximas a ésta.

Filtros Activos

- Un filtro activo es un filtro electrónico analógico, el cual utiliza componentes activos (que proporcionan una cierta forma de amplificación de energía).

- Los filtros activos. son circuitos electrónicos utilizadas dentro los circuitos de audio hasta los sistemas de procesamiento y sistemas.

- Un filtro activo puede presentar ganancia en toda o parte de lo señal de solida respecto a la señal de

entrada.

- Los filtros activos se comportan como una fuente, basados en convertidores de potencia.

Filtro básico pasa-baja

Está compuesto por un amplificador operacional de ganancia unitaria mas un circuito RC. El valor de R y Rf deben ser iguales para asegurar lo ganancia igual a uno.

Diagrama de banda de paso

Filtros pasa-altas

Son filtros que emiten una señal mientras su frecuencia está por debajo de la frecuencia corte, una vez superada esta frecuencia, permite el paso de la señal de entrada.

Respuesta en frecuencia

Filtros pasa banda

Son filtro que permiten eligir la banda de frecuencia que se desee pasar, esta banda de frecuencia esta limitada por un frecuencia mínima y una máxima.

Respuesta en frecuencia del pasabanda

Filtro Rechaza Banda

Elimina las frecuencias que se encuentren en 1 y 2, dejando pasar las frecuencias restantes.

Respuesta en frecuencia

2. Teoría sobre filtros Paso bajos.

Un filtro paso bajo corresponde a un filtro electrónico caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas.

En la primera etapa tenemos un filtro pasa bajos

Grafrica de respuesta en Frecuencia

Simulacion de to el circuito

Respuesta en frecuencia

PRACTICA DE LABORATORIO

      I.     MATERIALES Y EQUIPO

·         Equipo Lucas Nulle

·         Entrenador Universal

·         Cablecillos

·         OPAMP TL081

DataSheet

Prueba de Funcionamiento de la 1era etapa

Circuito en funcionamiento

Pusimos una frecuencia de 1 Hz, en el geenrador de frecuencias

Como podemos observar en dicha frecuencia paso el filtro, pero cuando subimos las frecuencias disminuyo el voltaje de salida

Video de la Experiencia del laboratorio

OBSERVACIONES

• Nos percatamos que otra aplicación sería la de eliminarlos ruidos que provienen de la red eléctrica (50 o 60Hz) en un circuito cuyas señales fueran más altas.
• Observamos que los amplificadores operacionales son utilizados para trabajar con señales de poco voltaje.
• Se observo un filtro activo puede presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto o la señal de entrada.

CONCLUSIONES

• Un filtro pasivo está compuesto por componentes pasivos, es decir, que no necesitan de alimentación para operar.
• Un filtro activo, está compuesto por componentes activos (que necesitan de alimentación, por ejemplo, amplificadores operacionales)y pasivos.
• Podemos concluir que una posible aplicación del filtro pasivo de paso alto sería la de hacer que las altas frecuencias de una señal de audio fuesen a un altavoz para sonidos agudos mientras que un filtro paso bajo haría lo propio con los graves.
• Los filtros activos se encuentran presentes desde los circuitos de audio hasta los sistemas de procesamiento de señales analógicas y digitales.

INTEGRANTES DEL GRUPO

APLICACION DE FILTROS PASABAJOS, MEDIOS Y ALTOS

Apliquemos lo aprendido a continuación presentamos un divisor de frecuencias o crossover activo. Este circuito es ideal para sonidos profesionales de gran potencia, ya que divide las frecuencias antes de ser amplificadas, entregando cada grupo de frecuencias a un amplificador independiente. Esto logra un sonido más definido y puro, sin contar que no hay pérdidas de potencia. Para poder entender que es y que hace un crossover activo, primero explicaremos algunos conceptos, conexiones y tipos de sonido profesional.

Sonido Line Array

El sonido line array es un conjunto de equipos y altavoces acoplados de tal forma que logran una mejor repartición de sonido, aprovechando mejor la potencia de los amplificadores. Se le llama Line Array, ya que la forma de colocar los altavoces es en línea vertical. Estos llevan ciertos grados de inclinación, dependiendo de la altura, permitiendo una distribución más uniforme de sonido

El moderno equipo de sonido Line Array amplifica la señal ya dividida por grupos de frecuencias, bajas, medias y altas. Por esto el componente que precede al ecualizador gráfico es el crossover activo. 
Los divisores de frecuencia o crossovers activos (active crossover) también son conocidos como crossovers electrónicos y últimamente están apareciendo los crossover digitales. Todos estos necesitan de una fuente de alimentación eléctrica para funcionar. Toman la señal preamplificada y la separan en 3 o 4 grupos según el modelo y luego la entregan a tantos amplificadores como sea necesario. De esta manera filtran o separan las frecuencias antes de llegar al amplificador. La otra gran ventaja del crossover activo es que es variable o ajustable. Puede tener ajustes de frecuencia, ajustes de nivel y en algunos casos inversión de fase.

Presentamos un divisor de frecuencias activo que fue diseñado a partir de nuestros Filtros pasa banda. Básicamente tomamos los tres filtros y los unimos en una misma tarjeta, incluyendo la fuente simétrica regulada. 

Etapa filtro pasa bajos. Esta parte se encarga de atenuar todas las frecuencias medias y altas y sólo permite el paso de las frecuencias bajas. Además hace un realce de las mismas de segundo orden. Es decir que es bastante notorio el realce. El realce se hace desde los 30 Hz hasta los 500 Hz.
Su componente principal es el TL082. Este es un amplificador operacional de bajo ruido con buena respuesta de bajos.
La señal que entra al filtro pasa bajos es estéreo, pero para mantener una uniformidad en los bajos y lograr que se mantengan en el centro, se suman los dos canales L y R, para luego tratar la señal estando monofónica. Después de que la señal ha sido tratada, se divide en dos, pensando en que se pueda conectar un amplificador estéreo a la salida. Lógicamente que aunque el bajo es mono, este saldrá por dos vías.

La siguiente etapa es el filtro pasa medios o pasa banda media. Esta se comprende entre los 500 Hz y los 4.000 Hz. En estas frecuencias se encuentra la voz humana. 
Este filtro pasa medios es 100% estéreo. Quiere decir que son dos etapas idénticas, una se encarga de procesar el canal derecho y la otra el canal izquierdo. Por esta razón vemos dos circuitos integrados, cada uno controla un canal. Hemos usado el famoso operacional C4558 que tiene un bajo nivel de ruido y excelente respuesta a las frecuencias medias y altas.

El filtro pasa altos se encuentra desde los 2KHz, hasta casi los 14KHz. Da un brillo muy agradable y si usamos los tweeters adecuados, el sonido será de excelente calidad.
En esta etapa también usamos los C4558. 
También es una etapa totalmente estéreo, ya que la música grabada en estéreo tiene paneados los instrumentos hacia los lados, excepto el bajo y el bombo. Así que todos los sonidos que están en la banda media y alta tienen movimientos hacia la derecha y la izquierda. Esto da un efecto de amplitud en la música.

a última etapa es la fuente de alimentación. Esta es una fuente regulada simétrica. Está formada por un puente de diodos de 1 amperio, dos condensadores de 2200 uF y dos reguladores de 12 voltios; uno de voltaje positivo (LM7812) y el otro de voltaje negativo (LM7912).

Es indispensable que le fuente sea regulada para lograr un sonido limpio sin ruidos de ningún tipo

Fabricación del circuito impreso en placa de baquelita

Circuitos impresos elaborados con la técnica de planchado

El papel termo transferible es un material utilizado en la elaboración de circuitos impresos de cualquier tipo. Gracias a este papel podemos traspasar a la placa de cobre virgen, el diseño del circuito impreso que hayamos hecho (haya sido hecho a mano o computador), de manera fácil, rápida y económica, para luego introducirla en un recipiente con cloruro ferrico, obteniendo así el circuito impreso deseado.

Para empezar debemos hacer el circuito del diseño impreso. Este no es otra cosa que el dibujo de las pistas de cobre. El diseño del circuito impreso que hagamos deberá corresponder a las pistas de cobre vistas por “transparencia” desde la cara de los componentes (modo espejo)

Teniendo hecho el diseño del circuito en el computador, lo imprimimos en alta resolución sobre el papel termo transferible, usando una impresora láser. Se imprime sobre cualquier cara del papel, ya que las dos caras son iguales. Si la imprimimos en un tipo de impresora diferente a láser, el papel termo transferibleno servirá (las impresoras láser se reconocen porque utilizan Toner en vez de cartuchos o cintas). Si poseemos el diseño del circuito impreso en una hoja de papel común y corriente o fue hecho a mano, debemos sacar una fotocopia de este, sobre el papel termo transferible.

Ahora se debe cortar la placa fenólica a la medida del circuito impreso y posteriormente lavarla por el lado del cobre con jabón desengrasarte de lavaplatos y una esponja de ollas no abrasiva. Seque muy bien la baquelita con un trapo muy limpio o preferiblemente una servilleta desechable. La placa de cobre deberá estar seca, brillante como el oro y limpia de polvo y grasa, además usted No deberá tocar la superficie de cobre con los dedos o cualquier otra cosa.

A continuación colocamos la placa sobre una superficie dura, con el lado del cobre mirando hacia arriba. Luego colocamos el papel termo transferible con el diseño del circuito impreso sobre la placa de cobre, de tal manera que el dibujo haga contacto con el cobre. Ahora colocamos una hoja de papel común y corriente, sobre el papel termo transferible.

Finalmente haciendo uso de una plancha casera a temperatura máxima, (pues nuestra experiencia nos ha mostrado, que a pesar de que en las instrucciones que vienen con el papel termotransferible dicen que debe se temperatura media, si la temperatura no es bastante alta, el toner no se adhiere bien al cobre de la placa)

Transcurridos los 10 o 15 minutos de planchado y observando que el papel se adhirió bien al cobre, se deja enfriar un instante y se introduce la placa con el papel termo transferible adherido, en una cubeta con agua fría dejándola sumergida un mínimo de 5 minutos. Al cabo de este tiempo revise que el papel esté bien húmedo. Esto se nota porque el papel se va haciendo algo transparente y se alcanza a ver la tinta del dibujo a tras luz.

Después de el tiempo recomendado o en el momento que vemos que el papel esta bien húmedo, retiramos suavemente con la yema de los dedos, el papel termotransferible de la superficie de cobre. 

Una vez la imagen está adherida al cobre y hemos retocado cualquier defecto que haya quedado, se deberá introducir la placa de cobre en un recipiente no metálico que contenga cloruro ferrico disuelto en agua caliente (lo suficiente para cubrir toda la placa de cobre).

Después de que el cloruro férrico haya consumido todo el cobre sobrante, procedemos a sacar la placa del recipiente y a retirar la tinta con thinner y un trapo, quedando las pistas de cobre. Como paso final se lava la placa nuevamente con esponjilla y jabón desengrasante de lavaplatos, para dar mayor presentación al circuito impreso final.

Perfore todos los orificios por los cuales entraran las patas de los componentes que irán en la tarjeta. Utilice un mototool o un taladro pequeño con brocas de 1/16, 1/32 (en milímetros son de 0.9 y 1 mm) o las que sean requeridas, dependiendo del componente a colocar.Y tambien soldamos los componente de la pcb.

Mediciones

Se izo mediciones en el laboratorio G5, realizando pruebas de sonido de baja, media  y alta frecuencia

Video de demostracion

Integrantes de grupo

FASE 4: Medición de Filtros

Ahora veamos las pruebas realizadas al crosover

PASABAJOS

RESPUESTA EN FRECUENCIA

Tablas de frecuencias

Para hacer el calculo de las frecuencias de entradas trabajamos con una funcion senoidal de vp=2 v

f (Hz)	Mesaured V1 ampl. (Vpp)	Mesaured V2 ampl. (Vpp)	Measured H=V2/V1	Measured H=V2/V1 (dB)
50	4	1.6	0.4	-7.96
100	4	0.850	0.2125	-13.45
200	4	0.500	0.125	-18.06
500	4	0.100	0.025	-32.04
1000	4	0.001	0.00025	-72.04
2000	4	0.0001	0.000025	-92.04
5000	4	0.0001	0.000025	-92.04
10000	4	0.0001	0.000025	-92.04
15000	4	0.0001	0.000025	-92.04

FILTRO PASABANDA

RESPUESTA EN FRECUENCIA

Tablas de frecuencias 

f (Hz)	Mesaured V1 ampl. (Vpp)	Mesaured V2 ampl. (Vpp)	Measured H=V2/V1	Measured H=V2/V1 (dB)
50	4	0.850	0.2125	-13.45
100	4	2.8	0.7	-3.1
200	4	0.830	0.2075	-13.66
500	4	0.0001	0.000025	-92.04
1000	4	0.0001	0.000025	-92.04
2000	4	0.0001	0.000025	-92.04
5000	4	0.0001	0.000025	-92.04
10000	4	0.0001	0.000025	-92.04
15000	4	0.0001	0.000025	-92.04

FILTRO PASAALTOS

RESPUESTA EN FRECUENCIA

f (Hz)	Mesaured V1 ampl. (Vpp)	Mesaured V2 ampl. (Vpp)	Measured H=V2/V1	Measured H=V2/V1 (dB)
50	4	0.200	0.05	-26.02
100	4	0.550	0.1375	-17.23
200	4	1.300	0.325	-9.76
500	4	2.85	0.7125	-2.94
1000	4	5.550	1.3875	2.84
2000	4	9.300	2.325	7.33
5000	4	15	3.75	11.48
10000	4	15	3.75	11.48
15000	4	15	3.75	11.48

Observaciones

1. En la funcion de entrada trabajamos con una fuente senoidal de voltaje pico 2v

1. Observamos que los amplificadores operacionales son utilizados para trabajar con señales de poco voltaje.
2. Se observo un filtro activo puede presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto o la señal de entrada.
3. El sonido line array es un conjunto de equipos y altavoces acoplados de tal forma que logran una mejor repartición de sonido, aprovechando mejor la potencia de los amplificadores.

Conclusiones

1. Se entendió un filtro paso bajo corresponde a un filtro electrónico caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas.

1. Un filtro activo, está compuesto por componentes activos (que necesitan de alimentación, por ejemplo, amplificadores operacionales)y pasivos.
2. Podemos concluir que una posible aplicación del filtro pasivo de paso alto sería la de hacer que las altas frecuencias de una señal de audio fuesen a un altavoz para sonidos agudos mientras que un filtro paso bajo haría lo propio con los graves.
3. Los filtros activos se encuentran presentes desde los circuitos de audio hasta los sistemas de procesamiento de señales analógicas y digitales.

Integrantes
Enrique Ccahuata Madueño
Daniel huanque Huarca
Esteban Huaralla Begazo