CLASE XV ( 18/04/16): Ideas de diseño

Esta quinceava sesión la empezamos recordando qué era un pico de resonancia, que puede tener más o menos anchura y de aquí, el concepto de que el circuito sea más o menos sensible en determinadas frecuencias.

A partir de aquí, definimos el ancho de banda (BW: BandWidth) como el conjunto de frecuencias en las que la ganancia cae como máximo -3 dB respecto el pico de resonancia o máximo.

¿Y cómo lo encontramos? Pues podemos hacerlo analizando 2rw o mirando el coeficiente de S en el polinomio.

También definimos otro factor llamado factor de calidad (Q) el cual determina si el circuito es muy sensible y se calcula Q= w/BW = ½ * p , aunque para que esto sea aplicable, p<0,1 y por lo tanto, Q>5.

A continuación, se volvieron a ver una serie de circuitos ya conocidos que nos permiten ver distintas ideas de diseños circuitales:

1) FILTRO PASO BAJO:

Lo que queremos es obtener una cierta amplificación hasta una frecuencia concreta, y a continuación, atenuación.

El filtro paso bajo tiene este efecto, ya que a partir de f_c = 1/2piRC, nos encontramos en su trazado de Bode, con una pendiente de -20 dB/dec.

Si queremos afinar más el filtro de frecuencias, podemos hacer un filtro de paso bajo de segundo orden, conectando dos de los paso bajo tradicionales mediante un AO seguidor de tensión.

Ahora, nos encontraríamos con una pendiente de -40 dB/dec para frecuencias más altas a f_c, y en esta frecuencia, -3 dB de error.

Pero también nos podemos fijar en otro circuito ya utilizado anteriormente como oscilador sinusoidal. Si fijamos k = 1,59 vemos que el circuito tiene el comportamiento de un filtro paso bajo de segundo orden, y en f_c tenemos un error de -3 dB. Además, con este circuito tenemos la ventaja de que podemos conectar elementos en la salida (Vo) y el circuito no se verá afectado, ya que la salida está directamente conectada con el AO.

2) FILTRO PASO BANDA:

Estos circuitos nos permiten dejar pasar frecuencias de un rango determinado y vemos que si la frecuencia de la entrada no es muy próxima a f_c, no hay salida (Vo = 0).

También vemos que

, y podemos encontrar las frecuencias de corte inferior y superior gracias al ancho de banda:

3) FILTRO PASO ALTO:

Este circuito, como ya sabemos, actúa al contrario que el filtro paso bajo: deja pasar las frecuencias superiores a f_c y atenúa al resto.

Con el paso alto de primer orden, nos encontramos con una pendiente de 20 dB/dec hasta f_c = 1/2piRC, donde el error es también de -3 dB.

Si quisiéramos encontrar el paso alto de segundo orden, también tenemos la opción del circuito en cascada con el seguidor de tensión (40 dB/dec y -6 dB en f_c ) y el otro circuito como en el caso 1, pero intercambiando los resistores y condensadores.

Si fijamos k = 1,59 , tenemos una pendiente de 40 dB/dec hasta f_c donde tenemos un error de -3 dB, y 4 dB fijos para frecuencias mayores a f_c.