INAUT   24330
INSTITUTO DE AUTOMATICA
Unidad Ejecutora - UE
libros
Título:
Filtros Analógicos: clásicos, basados en Capacitor Conmutado y con FPAA
Autor/es:
ANGEL VECA; ANDRÉS LAGE; MARIO RUIZ NOGUERA
Editorial:
Angel Veca
Referencias:
Lugar: San Juan; Año: 2014 p. 239
ISSN:
978-987-33-6154-8
Resumen:
Prólogo Esta obra inicialmente se originó por la necesidad de contar con un apunte de apoyo a las clases teóricas y prácticas de la asignatura ?Procesamiento Analógico de Señales? de la carrera de Ingeniería Electrónica, Departamento de Electrónica y Automática, Universidad Nacional de San Juan. El programa de la materia estaba orientado al principio en dos grandes áreas de la electrónica analógica: en primer lugar, se daban las bases de funcionamiento del amplificador operacional. En segundo lugar, al estudio y diseño de filtros activos pasa bajos, pasa altos, pasa banda y suprime banda clásicos y, posteriormente a la conexión de estos en cascada mediante el empleo de las funciones de aproximación Butterworth, Chebyshev, Bessel y Cauer. Finalmente del curso se daban algunas ideas sobre filtros de estructura variable, bicuadrados y los basados en la técnica de capacitor conmutado. Luego, se modificó el programa a fin de dedicarle más tiempo a la temática de los filtros. Ampliamos el contenido sobre estos últimos, agregamos al principio del curso conceptos básicos sobre señales y sistemas y de los amplificadores operacionales, se dejó sólo el concepto de funcionamiento, aprovechando que el tema se daba con profundidad en otra materia. Después de tres años de ir modificando y aportando nuevo material teórico, nos dimos cuenta que contábamos con el suficiente material para convertirlo en un texto que sirviera de guía de estudio no sólo para nuestros alumnos, sino también para cualquier lector interesado en el tema. La estructura de esta obra es la siguiente: En el capítulo I, se hace, desde el punto de vista teórico, una revisión de las señales de uso frecuente y de los sistemas lineales. Se pretende que como resultado de los conocimientos adquiridos, se puedan generar señales en ambiente de simulación, para la excitación de circuitos analógicos. Los capítulos II y III están dedicados fundamentalmente a aquellos lectores que no han realizado o que se encuentran realizando simultáneamente un curso introductorio a los amplificadores operacionales. Al comienzo del capítulo II se recuerda, haciendo especial hincapié, en las cuatro topologías básicas de amplificadores, conocimiento necesario a la hora de la materialización del filtro para una aplicación específica. En el capitulo III, se aborda el tema de desajustes y limitaciones de los amplificadores operacionales reales, poniendo énfasis en el producto de ganancia por ancho de banda y en el slew-rate. En el capítulo IV se aborda el tema central del texto: filtros activos de primer y segundo orden. Se parte del modelo genérico propuesto por Sallen Key y a partir de él, se generan todas las variantes de filtros activos. Al finalizar cada variante se resuelve un ejercicio de implementación y se simula la respuesta. En los casos de existir diferentes alternativas de diseño, al final del mismo se usa una simulación, para comparar y corroborar las diferencias que se desprenden de la teoría para cada una de las variantes. Al final del capítulo, se analizan las arquitecturas de los filtros de variable de estado y bicuadrados. En función de éstos se citan los filtros universales que se encuentran disponibles en el mercado que permiten construir filtros con reducido número de componentes externos. El diseño de filtros activos en cascada se aborda en el Capítulo V. Se revé las funciones de aproximación de Butterworth, Chebyshev, Bessel y Cauer aplicándolas para generar todas las variantes de filtros estudiados en el capítulo anterior. El Capítulo VI está dedicado a los fundamentos de la técnica de capacitor conmutado. Se revé los fundamentos y se aplica la teoría a los filtros de estructura variable y bicuadrados estudiados en el capítulo IV. El final del capítulo se analizan las prestaciones del filtro LMF100, diseñado para construir en su interior cualquier variante de filtros activos de hasta 4to orden. Finalmente, en el Capítulo VII se muestran las ventajas que permiten a la hora del diseño de sistemas analógicos complejos, el uso de los ?Arreglos Analógicos Configurados por Campo? (FPAA). Al principio se muestra la evolución tecnológica necesaria para arribar a esta instancia de hardware configurable por software. A continuación de analizan los productos desarrollados por las firmas Zetex, Lattice y Anadigm. Posteriormente, se profundiza el estudio del FPAA y del sistema de desarrollo de Anadigm. Al final del capítulo se muestra un ejemplo de aplicación real de pre-procesamiento de señales sísmicas. Este capítulo será muy novedoso al lector ya que, a la hora de escribir estas líneas, los únicos antecedentes en idioma español en América del sur se encuentran en la Universidad del Valle de Colombia y en nuestro departamento. A lo largo de los capítulos se puede observar que en los ejemplos desarrollados, de una forma u otra, se comparan las características de diferentes amplificadores comerciales. La idea es que el lector, en función de la información dada por el fabricante en la hojade datos, desarrolle criterios y habilidades para seleccionar el componente activo, que mejor se adapte a cada aplicación. Otro aspecto importante que le hemos dado mucha importancia en los ejemplos, es el rango de frecuencias en que puede operar un sistema analógico. Se hacen aplicaciones en bajas, medias y altas frecuencia. Esto apunta a mostrar que el universo de aplicación no sólo se encuentra en el área del audio, sino que, es mucho más amplio. A diferencia de la mayoría de los textos similares que emplean como simulador el Pspice, en esta obra, usamos el Simetrix Las razones de esta elección se debe, por un lado, a que se trata de un excelente simulador, los resultado obtenidos en la simulación coinciden con los que se obtienen a la hora de implementar el circuito. Por otro lado, se trata de un software de libre circulación que se actualiza con el paso del tiempo y admite modelos realizados originalmente con el Pspice. Por último,en el caso de necesitar volcar los gráficos de simulación a un editor de texto, el propio software se encarga automáticamente de generar líneas diferentes para cada grafica, lo que simplifica en gran medida el trabajo de inserción de una imagen. El lector que ha trabajo con Pspice encontrará muy pocas diferencias en la operación del Simetrix. Finalmente, somos consientes que están faltando dos temas de suma importancia, tratamiento del ruido y análisis de la sensibilidad del filtro ante la variación de parámetros. No cabe duda que lo tendremos en cuenta en una futura edición.