Vamos a construir un filtro pasa bajas activo de primer orden. Este filtro permite el paso de frecuencias bajas y atenúa las frecuencias altas. Usaremos un amplificador operacional (op-amp) y algunos componentes pasivos.
Paso 1: Elegir el Amplificador Operacional
Primero, seleccionamos un amplificador operacional adecuado. Un LM741 es una opción común y sencilla para empezar. Asegúrate de tener la hoja de datos (datasheet) del op-amp a mano. Esto te indicará el voltaje de alimentación requerido.
Paso 2: Diseño del Circuito
El circuito básico consta de un op-amp configurado como seguidor de voltaje en la entrada no inversora. En la entrada inversora, conectamos una resistencia (R1) en serie con la señal de entrada. Luego, conectamos un capacitor (C1) en paralelo con una resistencia (R2) entre la salida del op-amp y la entrada inversora. R2 es la resistencia de retroalimentación.
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Paso 3: Calcular la Frecuencia de Corte (fc)
La frecuencia de corte (fc) es la frecuencia en la que la señal de salida se atenúa en 3 dB. Esto significa que la amplitud de la señal se reduce a aproximadamente el 70.7% de su valor original. Calculamos fc usando la siguiente fórmula: fc = 1 / (2 * π * R2 * C1).
Por ejemplo, si queremos una fc de 1 kHz, podemos elegir R2 = 10 kΩ. Entonces, necesitamos encontrar el valor de C1. Reorganizamos la fórmula: C1 = 1 / (2 * π * R2 * fc). Sustituyendo los valores: C1 = 1 / (2 * π * 10000 Ω * 1000 Hz) ≈ 15.9 nF. Un valor común para C1 sería 15 nF o 16 nF.
Paso 4: Elegir los Valores de las Resistencias y el Capacitor
Ya calculamos C1 basado en nuestra elección de R2 y fc. Ahora necesitamos elegir un valor para R1. El valor de R1 afecta la ganancia de CC del filtro. La ganancia de CC (DC gain) se calcula como: Ganancia = R2 / R1.
Para una ganancia de CC de 1 (es decir, sin amplificación en las frecuencias bajas), elegimos R1 = R2. En nuestro ejemplo, R1 = 10 kΩ. Si quisiéramos una ganancia de 2, entonces R1 sería R2/2, o 5 kΩ.
Paso 5: Conectar el Circuito
En una placa de pruebas (protoboard), conecta el op-amp. Conecta la alimentación positiva y negativa del op-amp a las fuentes de alimentación correspondientes. Conecta R1 entre la señal de entrada y la entrada inversora del op-amp. Conecta C1 en paralelo con R2 entre la salida del op-amp y la entrada inversora. Finalmente, conecta la entrada no inversora del op-amp a tierra (si no deseas ganancia, como un seguidor de voltaje) o a una señal de referencia.
Paso 6: Probar el Circuito
Aplica una señal de entrada con un generador de funciones. Observa la señal de salida con un osciloscopio. Varía la frecuencia de la señal de entrada y observa cómo la amplitud de la señal de salida cambia. Deberías ver que las frecuencias bajas pasan con poca o ninguna atenuación, mientras que las frecuencias altas se atenúan gradualmente.
Paso 7: Ajuste Fino
Si la frecuencia de corte no es exactamente la que esperabas, puedes ajustar los valores de R2 y C1. Pequeños cambios en estos valores pueden afectar significativamente la fc. También, verifica que la fuente de alimentación del op-amp sea estable y que no haya ruido en el circuito. Un capacitor de desacoplamiento cerca del IC puede ayudar.
Con estos pasos, habrás construido y probado un filtro pasa bajas activo de primer orden. Recuerda consultar la hoja de datos del op-amp para asegurarte de que estás operando dentro de sus límites especificados. ¡Buena suerte!
