Practica Simulacion Filtro Crossover Alumno. (2) PDF

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MEDIDAS DE LAS PROPIEDADES DEL FILTRO CROSSOVER Objetivos: •

Conocer cómo se realiza la medición de las características de las distintas vías de un filtro crossover. o Número de vías. o Frecuencias de corte. o Pendiente del filtro. Orden del filtro. o Frecuencia/s de cruce o transición.

Materiales necesarios: •

Aplicación Multisim.

Fundamento Teórico: Cada tipo de altavoz (woofer, squawker y tweeter) está diseñado para trabajar de manera óptima a determinadas frecuencias. Para eliminar las señales de frecuencias inadecuadas (evitar calentamiento inútil) es necesario filtrar las señales que finalmente se aplicarán a cada altavoz. Filtros de cruce (crossover). Estos filtros dividen el sonido en dos o tres vías. Se localizan en el interior de la caja del altavoz. Los filtros que usan son de tipo pasivo, usan combinación de bobinas y condensadores aprovechando la respuesta de las bobinas y condensadores al paso de la corriente alterna (el efecto que presentan las reactancias capacitivas, de los condensadores, y reactancias inductivas, de las bobinas, frente a la frecuencia). Bobinas:

𝐗 𝐋 = 𝟐 𝐟𝐋 • f = 0 → XL = 0 circuito cerrado,

•

f≫

→

XL ≫ ,

f=

→

f ≪ → XL ≪

XL =  circuito abierto.

Condensadores:

𝐗𝐂 =

𝟏 𝟐 𝐟𝐂

• f = 0 → XC =  circuito abierto,

f ≪ → XC ≫ Página 1 de 15

•

f≫

→

XC ≪ ,

f=

→

XC = 0 circuito cerrado.

Bobinas y condensadores tienen comportamiento opuestos frente a la variación de la frecuencia.

Tipos de Filtros Pasivos. •

Filtro Paso de Bajo (LP). De primer orden ( LR).

Av =

V0 RL R L (R L − jXL ) = = Vi jXL + R L R L 2 + XL 2

Representación del diagrama de bode de la magnitud y de la fase. Respuesta en frecuencia:

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Pendiente: -6 dB/octava ➔ -20 dB /década Cada vez que duplicamos la frecuencia la señal se atenúa a la mitad. Cada vez que la frecuencia aumenta en un factor de 10, la señal se atenúa en un factor de 10.

Respuesta en la fase:

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•

Filtro Paso de Alto (HP). De Primer Orden (CR)

Av =

RH V0 R H (R H + jXc ) = = Vi −jXc + R H R H 2 + Xc 2

Respuesta en frecuencia:

Pendiente: +6 dB/octava ➔ +20 dB /década

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Cada vez que duplicamos la frecuencia la señal aumenta al doble. Cada vez que la frecuencia aumenta en un factor de 10, la señal aumenta en un factor de 10.

Respuesta en la fase:

•

Filtro Paso de Banda (BP). Solo deja pasar las frecuencias comprendidas entre dos frecuencias determinadas. Asocia a un mismo filtro el comportamiento de un filtro paso alto (C-RM) y el de un filtro paso bajo (L-RM). De Primer Orden (LCR)

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𝐴𝑣 =

𝑉0 𝑅𝑀 (𝑅𝑀 + 𝑗(𝑋𝐶 − 𝑋𝐿 )) 𝑅𝑀 = = 𝑉𝑖 −𝑗(𝑋𝐶 − 𝑋𝐿 ) + 𝑅𝑀 𝑅𝑀 2 + (𝑋𝐶 − 𝑋𝐿 )2

Respuesta en frecuencia:

Respuesta en la fase:

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Frecuencia de corte de los filtros: La frecuencia de corte (fc) de un filtro se corresponde con la frecuencia en la que la amplitud máxima de la señal de salida, V0, es un 70’7% del valor de la amplitud máxima de la señal de entrada, Vi, o, lo que es lo mismo, la ganancia Av=Vo/Vi=1/√2 =0.707, es decir, se ha reducido en 3 dB la ganancia Av(dB)=20log (Vo/Vi). A esta frecuencia la potencia de salida es la mitad de la de entrada. En los filtros de cruce, los valores de R, L, C son fijos, por lo tanto, la frecuencia de corte es fija y no modificable. Para los filtros de primer orden se cumple que a la frecuencia de corte: •

La impedancia de la bobina coincide con la del altavoz. XL=2 fc L= RL

•

La impedancia del condensador coinciden con la del altavoz. XC=1/(2 fc C)= RH

•

Para los filtros BP

Frecuencia Central del filtro Paso de Banda LC: Página 7 de 15

Es a la frecuencia a la que resuena el circuito RLC. Para esta frecuencia la reactancia del condensador es igual a la de la bobina, cancelándose la serie de ambas. A la frecuencia central la impedancia del circuito es mínima y de valor Z=RM. A la frecuencia central el desfase de la señal de salida respecto la entrada es cero

f0 = √fci fcs =

1 2√LC

(Es la media geométrica de las frecuencias de corte inferior y superior.)

Ancho de banda del filtro y factor de calidad Q. BW = fcs − fci

f 𝑄= 0 BW Cuanto mayor sea Q, más selectivo es el filtro BP.

REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: Simulación mediante Multi-Sim. Se tiene un filtro Crossover de tres vías como el mostrado en la figura.

Analizar de forma independiente cada uno de los filtros del Crossover usando MultiSim.

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Alimentamos los altavoces con el generador de señales, y lo configuramos para que le llegue una señal senoidal de amplitud tal que cada altavoz reciba una potencia de 1w en la banda de paso.

𝐏=

𝟐 𝐕𝐫𝐦𝐬

𝐑 𝐚𝐥𝐭𝐚𝐯𝐨𝐳

𝐕𝐩𝐢𝐜𝐨 = 𝐕𝐫𝐦𝐬 √𝟐 A partir de los datos proporcionados con la simulación realiza los siguientes puntos: •

Circuito del filtro LP, HP y BP.

•

Configuración del generador de señales.

•

Conexionado del instrumental de análisis.

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•

Representación del diagrama de Bode de la magnitud y de la fase para cada filtro.

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•

Frecuencia de corte. Frecuencia de resonancia. Ancho de banda. Factor Q. FRECUENCIA CORTE: para cada circuito es diferente, la calculo a partir de la frecuencia máxima, y donde decae 3 dB

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FRECUENCIA DE RESONANCIA:para que hay frecuencia de resonancia hace falta que sea un circuito RLC, 1462 KHz

ANCHO DE BANDA: como hay dos frecuencias de corte en el RLC. 3634 y634 Hz el ancho de banda sería de 3000 Hz. Página 12 de 15

FACTOR Q: para calcular el factor Q necesitaremos la frecuencia central:

f0 = √fci fcs = √3634 ∗ 634 = 1517.88 𝐻𝑧 𝑄=

•

f0

= 1517.88/3000=0.51

BW

Ganancia de cada filtro, Av. o FILTRO PASO ALTO:G= -67.95 dB

o FILTRO PASO BAJO: G=-0.37 dB

o FILTRO PASO BANDA: G=57.87 dB

•

Pendiente del filtro. Orden. o La pendiente se especifíca en "decibelios por octava". Por ejemplo una pendiente de 6 decibelios/octava significa que en cada octava por encima Página 13 de 15

de la frecuencia de corte, el filtro atenuará la señal por 6 dB menos que la octava anterior.

•

•

orden 1 ya que decae aproximadamente en la primera octava aproximadamente unos 6 dB. Desfase de la señal de salida respecto la entrada en la banda de paso, frecuencia de corte, frecuencia de resonancia y en la banda de rechazo. En la banda de rechazo el paso alta tenemos un desfase de 90º y en el paso baja 90, en la frecuencia de resonancia encontraremos un desfase de 0º, en la banda de rechazo el desfase en los tres filtros es de 0 grados, en la frecuencia de corte al ser filtros de orden uno, el circuito paso alta tiene un desfase de 45º, el paso baja -45º, y en el circuito RLC de 45º. Indica cuales son las frecuencias de cruzamiento del Crossover. Suele ser la frecuencia de corte, por lo tanto:

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Conclusión: Me ha parecido una práctica muy interesante en la que hemos utilizado multisim para comprobar los tipos de filtros y ver los resultados en el programa

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