11.13: Problemas

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11.13.1: Problemas de análisis

1. Usando la Figura 11.5.1b, determine la pérdida para un filtro de paso bajo de segundo orden Butterworth de 1 kHz a 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz y 4 kHz.

2. Usando la Figura 11.6.18, determine la pérdida para un filtro de paso bajo Chebyshev de tercer orden rizado de 2 kHz y 3 dB a 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz y 6 kHz.

3. Usando la Figura 11.5.1b, determine la pérdida para un filtro de paso alto Bessel de segundo orden de 500 Hz a 200 Hz, 500 Hz y 2 kHz.

4. Usando la Figura 11.6.18, determinar la pérdida una octava por encima de la frecuencia de corte para un filtro de paso bajo de cuarto orden de las siguientes alineaciones: Butterworth, Bessel, 1 dB-Ripple Chebyshev.

5. Repita el problema 4 para filtros de paso alto.

6. utilizando las Figuras 11.5.1b y 11.6.18, determinar la pérdida a 8 kHz para filtros Butterworth de paso bajo de 3 kHz de los pedidos 2 a 6.

7. Usando las Figuras 11.5.1b y 11.6.18, determinar la pérdida a 500 Hz para filtros Bessel de paso alto de 1.5 kHz de órdenes 2 a 6.

8. Repita el Problema 7 usando 3 DB-Ripple Chebyshevs.

9. Utilizando las Figuras 11.5.1b y 11.6.18, determinar la pérdida a 500 Hz para filtros Chebyshev de paso alto de 200 Hz de 3 dB-ondulación de los pedidos 2 a 6.

10. Usando la Figura 11.6.18, determinar la pérdida una octava por debajo de la frecuencia de corte para un filtro de paso alto de tercer orden de las siguientes alineaciones: Butterworth, Bessel, 1 dB-Ripple Chebyshev.

11. Repita el Problema 10 para filtros de paso bajo. 12. Una aplicación requiere que la atenuación de banda de parada de un filtro de paso bajo sea de al menos −15 dB a 1.5 veces la frecuencia crítica. Determinar el pedido mínimo requerido para las alineaciones Butterworth y 1 dB y 3 dB-Ripple Chebyshev.

13. Una aplicación requiere que la atenuación de banda de parada de un filtro de paso alto sea de al menos −20 dB una octava por debajo de la frecuencia crítica. Determinar el pedido mínimo requerido para las alineaciones Butterworth y 1 dB-Ripple y 3 DB-Ripple Chebyshev.

14. Un filtro pasabanda tiene una frecuencia central de 1020 Hz y un ancho de banda de 50 Hz. Determinar el filtro\(Q\).

15. Un filtro de paso de banda tiene frecuencias de ruptura superior e inferior de 9.5 kHz y 8 kHz. Determinar la frecuencia central y\(Q\) del filtro.

16. Diseñe un filtro de paso bajo Butterworth de segundo orden con una frecuencia crítica de 125 Hz. La ganancia de la banda de pase debe ser la unidad.

17. Repita el Problema 16 para un filtro de paso alto.

18. Repita el Problema 16 usando una alineación de Bessel.

11.13.2: Problemas de diseño

19. Una aplicación particular requiere que todas las frecuencias por debajo de 400 Hz deben ser atenuadas. La atenuación debe ser de al menos −22 dB a 100 Hz. Diseñe un filtro para cumplir con este requisito.

20. Repita el problema 19 para una atenuación de al menos −35 dB a 100 Hz.

21. Los sistemas estéreo de calidad audiófila suelen utilizar subwoofers para reproducir los tonos musicales más bajos posibles. Estos sistemas suelen utilizar un enfoque de crossover electrónico como se explica en el Ejemplo 11.6.4. Diseñe un crossover electrónico para esta aplicación utilizando filtros Butterworth de tercer orden. La frecuencia de cruce debe establecerse en 65 Hz.

22. Explique cómo se altera la secuencia de diseño del Problema 21 si se elige una nueva frecuencia de cruce o se especifica una alineación diferente.

23. Diseñe un filtro de paso de banda que solo permita frecuencias entre 150 Hz y 3 kHz. Las pendientes de atenuación deben ser de al menos 40 dB por década. (Un filtro como este es útil para “limpiar” grabaciones del habla humana.)

24. Diseñar un filtro pasabanda con una frecuencia central de 2040 Hz y un ancho de banda de 400 Hz. El circuito debe tener ganancia de unidad. Además, determine el\(f_{unity}\) requerimiento del amplificador (s) operacional (s) utilizado (s).

25. Repita el Problema 24 para una frecuencia central de 440 Hz y un ancho de banda de 80 Hz.

26. Diseñe un filtro pasabanda con frecuencias de rotura superior e inferior de 700 Hz y 680 Hz.

27. Diseña un filtro de muesca para eliminar tonos de 19 kHz. El\(Q\) del filtro debe ser 25. (Este filtro es útil para eliminar la señal “piloto” estéreo de las emisiones de radio FM).

28. Diseñe un filtro de paso bajo de segundo orden con una frecuencia crítica de 30 kHz. Use un filtro de variable de estado. El circuito debe tener una ganancia de +6 dB en la banda de paso.

29. Diseñe un ecualizador de bajos/agudos para cumplir con la siguiente especificación: corte y refuerzo máximo = 25 dB por debajo de 50 Hz y por encima de 10 kHz.

30. Usando el MF10, diseñe un filtro Butterworth de paso bajo de cuarto orden con una frecuencia crítica de 3.5 kHz.

31. Usando el MF10, diseñe un filtro de paso bajo que sea ajustable de 200 Hz a 10 kHz. No ignore el diseño del oscilador.

11.13.3: Problemas de desafío

32. Diseñe un filtro de segundo orden de paso bajo que el usuario pueda ajustar de 200 Hz a 2 kHz. Además, haga que el circuito sea conmutable entre las alineaciones Butterworth y Bessel.

33. Diseñe un filtro subsónico que estará 3 dB por debajo de la respuesta de banda de paso a 16 Hz. La atenuación a 10 Hz debe ser de al menos 40 dB. Aunque la ondulación de banda de paso es permisible, la ganancia debe ser la unidad.

34. Diseñe un filtro de paso de banda ajustable con un\(Q\) rango de 10 a 25, y un rango de frecuencia central de 1 kHz a 5 kHz.

35. Modificar el diseño del problema anterior para que a medida que el\(Q\) sea variado, la ganancia de banda de paso se mantenga constante en la unidad.

11.13.4: Problemas de simulación por computadora

36. Verificar la respuesta de magnitud del circuito diseñado en el Problema 16 mediante el uso de un simulador. Verifique tanto la frecuencia crítica como la tasa de rolloff.

37. Verificar la respuesta de magnitud del crossover electrónico diseñado en Problema 21 mediante el uso de un simulador. Trazar ambas salidas simultáneamente en una gráfica.

38. Verificar la magnitud y fase del filtro diseñado en Problema 24 mediante el uso de un simulador.

39. Compara las simulaciones del circuito diseñado en el Problema 28 usando el LM741 relativamente lento, versus el LF411 de velocidad media. ¿Hay algún cambio notable? ¿Qué se puede concluir de esto? ¿Serían similares los resultados si la frecuencia de ruptura se incrementara en un factor de 50?

40. Es muy común trazar el rango de ajuste de los ecualizadores en una sola gráfica, como se muestra en la Figura 12-49. Usa un simulador para crear una gráfica del rango de ajuste del ecualizador diseñado en Problema 29.

41. Simular y verificar el diseño del desafío Problema 32.

42. Simular y verificar el diseño del desafío Problema 33.

43. Verificar el diseño del desafío Problema 34 usando un simulador. Incluir cuatro parcelas separadas, mostrando máxima y mínima\(Q\) con frecuencia central máxima y mínima.

44. Verificar el diseño del desafío Problema 35 usando un simulador. Incluir dos parcelas simultáneas, una mostrando mínima\(Q\) con frecuencia central máxima y mínima, y la otra mostrando máxima\(Q\) con frecuencia central máxima y mínima