En artículos anteriores (incluidos aquí, aquí y aquí), analizamos los diferentes tipos de filtros disponibles, incluidos ejemplos. Si siguió adelante, debería comprender los componentes de frecuencia (es decir, la atenuación de las frecuencias altas cuando se usa un filtro de paso bajo y las frecuencias de paso para un filtro de paso alto). También debe conocer los cuatro filtros de hardware básicos (LPF, HPF, BPF y BRF) y sus usos, y poder diferenciar entre implementaciones teóricas y prácticas.
En este artículo, demostraremos aplicaciones de filtros en la vida real. Los principios básicos del diseño de filtros de hardware son relativamente simples, pero entran en juego parámetros adicionales al pasar de la teoría a la aplicación. Por ejemplo, considere el diseño de un filtro de paso bajo. Parece sencillo con sólo dos componentes pasivos, una resistencia y un condensador. Pero el período de transición de la frecuencia de corte será extremadamente lento porque se trata de un filtro de primer orden.
El período de transición del filtro se define como el período entre la banda de paso y la banda final. La curva de amplitud versus frecuencia va de mayor a menor, como se muestra en la siguiente figura. Un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte de 1 KHz pasará los componentes de frecuencia a 10 KHz, pero con una amplitud menor. Se puede utilizar un filtro de orden superior para reducir este período de transición.
El período de transición de un filtro de paso bajo.
Esa es suficiente teoría. Ahora, implementemos un filtro de paso bajo seguido de un filtro de rechazo de banda.
La frecuencia promedio de una voz masculina típica es de 120 Hz y la de una voz femenina típica es de 200 Hz. Para este proyecto utilizaremos el audio de una voz humana, añadiendo posteriormente una frecuencia de ruido de 10KHz. Se utiliza un filtro de paso bajo para transmitir voz humana de baja frecuencia y detener el ruido de alta frecuencia de 10 KHz.
El filtro de paso bajo está diseñado como un filtro RC y la frecuencia de corte de este filtro de paso bajo es de 1 Khz.
Componentes electrónicos:
1. Amplificador de audio TDA2030
Fuente de 2, 5 V (banco de energía)
3. Convertidor Boost para TDA2030
4. Orador
La configuración…
La configuración del filtro de paso bajo.
A continuación encontrará un vídeo del proyecto finalizado. El audio del habla es parte de nuestros datos, al igual que el ruido de onda sinusoidal de 10 KHz. La diferencia entre la señal de audio y la señal ruidosa (audio + onda sinusoidal de 10 KHz) se puede observar sin el filtro de paso bajo.
Después de aplicar el filtro de paso bajo, el ruido en la señal de audio se elimina o se atenúa.
Observe cuán claro es el audio después de usar el filtro de paso bajo. Esto significa que había más señales de ruido de alta frecuencia en la señal de audio (voz) que en la onda sinusoidal de 10 KHz.
El filtro de paso bajo elimina los componentes de alta frecuencia de la señal de audio.
El video…
Otra experiencia
Se utiliza una aplicación diferente en la siguiente implementación del filtro de paso bajo. En electrónica existen varios tipos de convertidores, entre ellos:
- El convertidor reductor, que convierte alto voltaje en bajo voltaje.
- El elevador, que convierte el bajo voltaje en alto voltaje.
Uno de los convertidores reductores más famosos es el LM2596.
Explicación
En este experimento, "reduciremos" de 22 a 5 voltios utilizando el módulo LM2596. Se utiliza una carga resistiva de 2,5 ohmios para extraer corriente de este módulo. Al extraer una corriente alta (como dos o tres amperios) del LM2596, pueden producirse ondulaciones en la salida.
Usando el filtro de paso bajo LC, es posible eliminar estas ondulaciones del módulo LM2596.
Esta imagen muestra un voltaje de entrada de 20 V y una salida de 5 V del LM2596.
Una salida de voltaje de 5 V CC del LM2596.
Ahora, conectemos una carga de 2,5 ohmios a la salida del módulo LM2596, mientras extraemos aproximadamente dos amperios de corriente del módulo LM2596. La corriente se puede calcular utilizando la ley de Ohm.
V = IxR
I = 5/2,5 Amperios.
Después de conectar la carga, consume una corriente calculada y se muestra una ondulación en el osciloscopio en la salida de 5 V.
Ondulaciones en la salida, después de conectar una carga de 2,5 y 4,10 ohmios en paralelo.
Una vista en primer plano de las ondulaciones en la pantalla de salida del osciloscopio.
Estas ondas son de 20 kHz como se muestran en el osciloscopio. Entonces, ¿cómo eliminamos estas ondas? Probemos con un filtro de paso bajo.
Dependiendo de la aplicación, necesitaremos CC pura en la salida y la CC tiene componentes de frecuencia cero. Pero un filtro de paso bajo debería resolver el problema. Se puede utilizar un filtro de 1, 2 o 3 Khz porque la frecuencia de ondulación es alta. Elegimos un filtro de paso bajo LC debido a los altos requisitos de corriente de la salida.
Un filtro LC está diseñado según la siguiente figura.
Un filtro de paso bajo de 2,7 KHz
Un filtro LC en la PCB
Conectemos este filtro de paso bajo diseñado a la salida del módulo LM2596 y la carga.
La configuración completa, incluidos los filtros de paso bajo con el módulo LM2596 y la carga para eliminar ondulaciones.
Después de conectar el filtro de paso bajo a la salida del LM2596, las ondas desaparecen. ¡El proyecto fue un éxito! El filtro de paso bajo eliminó los componentes de alta frecuencia del voltaje de CC. Esto significa que el filtro está diseñado correctamente y funciona bien.
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