Academia de Ciencias Yanga
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Filtro 8° Orden Chevyshev

Un filtro es una red eléctrica que deja pasar la señal eléctrica de cierta banda de frecuencia llamada (Banda Pasante) y atenúa (multiplica por un factor que tiende a cero) todas las señales fuera de esa banda llamada (Banda Rechazada)

Los filtros se encuentran entre la excitación y la carga donde la excitación y la salida está dada por:



Figura 1 Red de dos puertos

 

Realización pasiva y activa del filtro.



Figura 2 Dos etapas pasivas acopladas en cascada

En ese caso la transferencia no es el producto de ellas, porque en el momento que se acoplan en cascada estas se cargan, hay retornos para la corriente en las redes pasivas.

 


Figura 3 Dos etapas activas acopladas en cascada

 

Esto es válido en las redes activas  dado que la impedancia vista hacia la entrada del VCVS es infinita se ve como circuito abierto, por lo tanto al acoplar en cascada las redes activas  estas no se cargan no hay retornos para la corriente.
 
 

Las redes activas con opamp no se cargan la impedancia vista hacia la entrada de la siguiente etapa es infinita en el VCVS esto permite que se puedan acoplar en cascada y que la transferencia final sea el producto de cada una de la etapas aisladas (en el opamp la impedancia vista en el pin menos y el pin mas es infinita) así un filtro de octava orden se obtiene acoplando cuatro etapas de segundo orden en cascada. En redes con opamp la salida de esta no depende de la carga conectada a la salida, sino de que y como está conectado al pin más y que y como está conectado al pin menos. Lo interesante de esta situación es que este que y como es infinito lo que hace el análisis de los circuitos con opamp de lo más interesante cada problema es un problema no hay un patrón de solución ni el problema tipo como suele decirse    

Aproximación de los filtros:

Puesto que los filtros ideales no son realizables  en la práctica, se trabaja con aproximaciones de éstos, lo que lleva a considerar diferentes formas de aproximación. La característica T(s) de un filtro ideal es una función discontinua, está se debe representar por una función continua (llamada la aproximación) las siguientes son algunas de las empleadas

  • Butterworth
  • Chebyshev

Diseño del filtro Chebyshev de 8° orden

Las Raíces del filtro dado por: 



Para no tener que estar iterando al determinar las raíces podemos emplear el método geométrico es más fácil   

 

METODO GEOMETRICO PARA DETERMINAR LAS RAICES DEL FILTRO

Las raíces de la aproximación chebyshev describen una trayectoria elíptica (elipse es un punto que se mueve da tal manera que su distancia a dos puntos fijos llamados focos es una constante)  



Poner calculadora en radianes 




 

 

Se trazan dos circunferencias una de radio a y otra de radio b y se trazan los radios vectores con ángulos igualmente espaciados como lo marca el caso geométrico para las raíces de Butterworth, donde wo es la distancia radial del polo.


 
 

Figura 4 Raíces de la elipse tomando circunferencias.





Datos del diseño
 
 

 

 
 

En el filtro Butterworth las raíces están igualmente espaciadas en el lugar geométrico de las raíces (plano s) en este caso n = 8 



 

Como “n” es par, todas las raíces son complejas y conjugadas ninguna está en el eje real por lo que los ángulos con respecto al eje real negativo son:  



 

Poner la calculadora en grados para hallar las Q's 

 


 

Raíces del filtro en forma rectangular y polar




Pasando a forma polar:




Una vez obtenidas las raíces debemos seleccionar la estructura con la que vamos a sintetizar el filtro. Emplearemos para este caso Sallen and Key, ya que en esta no hay relación entre wc y la Q del filtro podemos libremente seleccionar los capacitores y las resistencias para satisfacer los requerimientos de wc, sin afectar la Q del filtro esta depende de la K del VCVS. Hay que diseñar cuatro etapas para sintetizar el filtro.    

La función de transferencia para el Low pass (L.P.) Sallen and Key es: 



 

Para sintetizar se ponen cuatro etapas de segundo orden en cascada en las que cada una tiene su distancia radial del polo y su Q y se colocan de la Q más baja a la Q más alta (esto es por la elipse)

Relación entre Q y K  así como la relación entre K del VCVS  y Rf con Ri, esto es solo para el Sallen and Key.


 

 

 
 
 

Figura 4 Imagen del filtro sintetizado Low Pass 8° orden


Observar que tiene cuatro máximos y cuatro mínimos el número de máximos y mínimos corresponde al orden del  filtro este es 8° y entre máximos y mínimos la diferencia para este diseño es de 2db.

 

TERMINA Y HASTA LA PRÓXIMA


Instituto Técnológico de Veracruz
M.I. Mauricio Hernández Yanga