sábado, 15 de diciembre de 2012

Filtros y Transformadores en RF



En esta sección de la asignatura se inició el análisis de los filtros pasaBanda y sus distintas implementaciones. La estructura básica de este filtro se observa en la figura1 que corresponde a un circuito RLC, cuya función de transferencia se aprecia en la ecuación 1 y en la figura2 se observa su comportamiento en frecuencia. 
El factor de calidad de este filtro viene dado por la expresión Q=R* (C/L)^0,5 y su ancho de banda BW=1/(2piRC).  Una limitante existe en estos filtros es que al conectar la carga al circuito el factor de calidad disminuye ya que el ancho de banda se incrementa y la amplificación del circuito disminuye.

Otra configuración de filtro pasaBanda es la mostrada en la figura3.a donde al aplicar un análisis del equivalente de thevenin se obtiene el circuito equivalente que aparece en la figura3.b siendo este un filtro pasaBanda con una amplificación de R2/(R1+R2).

Otra configuración estudiada en clase corresponde a un Bipolo RLC mostrado en la figura 4a,  el cual posee la característica de que a la frecuencia de resonancia la impedancia del sistema pasa a ser netamente resistiva tal como se observa en la figura 4.b.

Posteriormente fue presentado el circuito resonante tanque mostrado en la figura5a, el cual,  cuyo modelo circuital que aparece en la figura5b donde se observa la resistencia parásita de asociada a la bobina. En el caso de que el factor de calidad sea mayor de 5 se puede hacer una aproximación de análisis quedando el circuito como en la figura5c correspondiente justamente a un bipolo RLC pero con una resistencia equivalente a Rp=L/(RsC). De esta forma, surge la idea de plantear amplificadores sintonzados con transistores empleando este circuito tanque.

Otra estructura hábil para crear picos de resonancia es la mostrada en la figura 6 que corresponde a un circuito RLC en el análisis realista del circuito (tomando en cuenta la resistencia parásita del inductor). El comportamiento en  frecuencia de este circuito se observa en la figura7. 



Posteriormente, se realizó el análisis requerido para el diseño de inductancias y la teoría relacionada al acoplamiento magnético que ocurre al ubicar dos bobinas coloniales o en el mismo toroide.

Las características principales de los transformadores que fueron analizadas en clase se muestran en las figuras 8 y 9, donde esta ultima corresponde a la condición de los transformadores de multiplicador de impedancias.  Esta ultima característica es utilizada como alternativa para el Q del filtro diseñado. Al conectar la salida del filtro al embobinado primario de un transformador y a su vez la carga RL al secundario del transformador se tiene que en la salida del filtro se verá una resistencia en un factor de n^2 mayor que RL, asimismo,  por las propiedades vistas en la figura 8, la tensión en los terminales del inductor secundario será menor, por lo tanto se trata de sacrificar amplificación para conservar el ancho de banda inicial.
Otra alternativa para evitar la degradación de Q del circuito resonante a causa del efecto de carga consiste en establecer una configuración como la vista en la figura10a, la cual resulta equivalente a la vista en la figura10b.

Algunas equivalencias que resultan muy útiles utilizando una configuración similar a la vista anteriormente corresponden a las mostradas en la figura11 el cual se comporta como un filtro pasaBanda con amplificación en su pico de resonancia, tal como se observa en la figura. 

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