Filtro pasa bajas Butterworth de 6º orden

[lorencai]

Hola, estoy realizando un proyecto en el cuál he necesitado un filtro pasa bajas de frecuencia de corte 100 Hz. Teóricamente todo parecía estar correcto pero llevado a la práctica no es así. Había utilizado la técnica de las resistencias fijas, en la cual se calculan los valores de los condensadores mediante una tabla de coeficientes para la estructura de filtro Sallen-Key. El filtro se puede ver en los adjuntos.La señal de entrada es una sinusoidal de 50 Hz, con Voffset= 0,11 V y amplitud de 0,08V. Ésta se amplifica con un INA155 con G=10 por lo tanto ofrece una señal sinusoidal de entre 1,28-3 V en montaje físico. Pero cuando pasa la primera etapa del filtro no se ve nada, solo una pequeña señal de 1mV con mucho ruido por lo que puedo aventurar. En la simulación sale como yo espero, la respuesta del filtro es buena y la señal parece limpia. No sé si lo que genera este problema sonlos condensadores utilizados, los operacionales o simplemente que el diseño no está bien. He probado el Filter pro pero no tengo los valores de R y C sugeridos por lo que no lo he probado físicamente.
En las imagenes adjuntas quizás se vea con más claridad mi explicación.
Si alguien tiene la capacidad y disponibilidad de ayudarme se lo agradecería.

###EDITO###
Incluyo como una imagen del filtro que el programa Filter Pro aconseja. Debería probar así o quizás el problema esté en los amplificadores o en otra cosa.

 

[Eduardo]

En las imagenes adjuntas quizás se vea con más claridad mi explicación.

La primer imagen muestra tres etapas a lazo abierto ==> No good.
Empezá buscando donde tenías que conectar las salidas de cada AO.

 

[lorencai]

Gracias Eduardo, era un error clarísimo pero en el original lo tenía como se muestra ahora, lo que pasó es que de editar el circuito se me ha escapado ese fallo. Si tienes alguna idea de lo que comentaba...

 

[Eduardo]

Gracias Eduardo, era un error clarísimo pero en el original lo tenía como se muestra ahora, lo que pasó es que de editar el circuito se me ha escapado ese fallo. Si tienes alguna idea de lo que comentaba...

La image "corregida" sigue teniendo errores.
- En la última etapa no se sabe si quisiste dibujar una etapa clásica Sallen-Key o te olvidaste una resistencia.
- R9, R13 y R15 no cumplen ninguna función.
- Los elementos están mal calculados porque la respuesta de eso, si bien es un pasabajo con fc=100Hz, el corte es suave --> a kilómetros de un Butterworth de 6to orden.
(en cambio el ejemplo del FPro está bien)

Como sea, a pesar de todo esto la salida de la 1er etapa nunca podría ser tan baja como estás midiendo --> Es altamente probable que se trate de un error de conexionado en el montaje, porque se me ocurre que lo hiciste con la misma atención que los diagramas y los cálculos.

 

[lorencai]

Con respecto a las resistencias que sobran tienes toda la razón. La razón de todo esto es que no soy muy buen estudiante y no aplico correctamente lo aprendido, y esa parte del diseño hice un poco la locura de ir probando resistencias en distintos sitios para que la señal se acercara más a o lo que yo buscaba. El programa de diseño y simulación me daba muchos errores y tenía que probar cosas nuevas.
En el siguiente pdf puedes ver los cálculos que hice para un fc de 200 Hz. Todos estos cálculos los he hecho según un libro de mi escuela, creo que es: Savant, C. J., Roden, M. S., & Carpenter, G. L. (2000). Diseño electrónico: Cicuitos y sistemas. Prentice Hall.
Por otra parte, es posible que me haya equivocado en el conexionado de los elementos pero lo dudo porque lo he revisado varias veces, por eso pensé que quizás los operacionales no iban bien con esas frecuencias tan bajas o es posible que deba introducir antes un filtro paso alto de 0,1 Hz para eliminar la continua como he leido en otros sitios.
Nuevamente gracias por tu tiempo.

 

[Eduardo]

... y esa parte del diseño hice un poco la locura de ir probando resistencias en distintos sitios para que la señal se acercara más a o lo que yo buscaba. El programa de diseño y simulación me daba muchos errores y tenía que probar cosas nuevas.

Y se puede saber que resultado esperabas de eso en un filtro de 6to orden? Quiero pensar que cualquier cosa menos que funcione como un Butterworth.

En el siguiente pdf puedes ver los cálculos que hice para un fc de 200 Hz. Todos estos cálculos los he hecho según un libro de mi escuela, creo que es: Savant, C. J., Roden, M. S., & Carpenter, G. L. (2000). Diseño electrónico: Cicuitos y sistemas. Prentice Hall.

Veo los calculos para etapas Sallen-Key, pero las etapas que implementaste no son Sallen-Key. Es mas, mirándolas detenidamente veo que con esas etapas nunca vas a sacar polos complejos ==> Jamás vas a poder sintetizar ninguno de los filtros "populares".

Por otra parte, es posible que me haya equivocado en el conexionado de los elementos pero lo dudo porque lo he revisado varias veces, por eso pensé que quizás los operacionales no iban bien con esas frecuencias tan bajas o es posible que deba introducir antes un filtro paso alto de 0,1 Hz para eliminar la continua como he leido en otros sitios.

Esa reflexión no tiene pies ni cabeza.

Consejos:
- Lo que armaste hasta ahora --> Desarmalo.
- Buscá los componentes necesarios y armá el ejemplo del FPro.
- La primer verificación hacela con continua. Medí que a la salida de cada etapa tengas lo esperado.
- Después si ensayalo en alterna controlando la respuesta en la zona de corte. Es mas que nada por si los condensadores están en los límites de la tolerancia y en la peor combinación (Murphy no falla).

 

[lorencai]

Seguí los consejos de Eduardo montando la propuesta de diseño del FilterPro, pero no consigo que la señal se corte a las frecuencias deseadas. Ya he probado bastantes configuraciones y no encuentro la más adecuada. Creo que este filtro me está robando demasiado tiempo, si alguien tiene alguna sugerencia o algun truco para el diseño de filtros que funcione bien,bien. Estoy agobiadísimo, estoy pensando incluso en cortocircuitarme, perdón, quise decir que había pensado en buscar algún filtro manufacturado.

 

[Eduardo]

Seguí los consejos de Eduardo montando la propuesta de diseño del FilterPro, pero no consigo que la señal se corte a las frecuencias deseadas.
Ya he probado bastantes configuraciones y no encuentro la más adecuada. Creo que este filtro me está robando demasiado tiempo, si alguien tiene alguna sugerencia o algun truco para el diseño de filtros que funcione bien,bien.

En lo que habias mostrado antes se notaba una cierta ingenuidad hacia los comportamientos electricos y las tolerancias. Como si pensaras que tirando los componentes sobre la mesa estos sabrian lo que tienen que hacer.

Pibe: Un filtro de 6to orden es bastante sensible a las tolerancias, si empezas a aproximar poniendo los valores mas cercanos que tengas jamas va a funcionar --> El problema sos vos y el unico truco es hacer las cosas bien.

Estoy agobiadísimo, estoy pensando incluso en cortocircuitarme, perdón, quise decir que había pensado en buscar algún filtro manufacturado.

Eso es otra cosa.
Los integrados que son filtros de orden alto son de capacitores conmutados, los National MF4 y MF6 son filtros Butterworth de 4to y 6to orden. Maxim tambien tiene hasta de 8vo orden.