Filtro RC pasa bajas que no hace nada

Saludos. Estoy tratando de hacer un circuito sensor capacitivo que por requerimientos técnicos debe oscilar a mas de 80 MHz. Para ello estoy usando un módulo oscilador de cristal que, según eso, genera una salida de 125 MHz (según el proveedor genera una onda cuadrada alterna, aunque no he podido comprobarlo debido a que donde vivo no existe un solo osciloscopio que alcance a visualizar mas de 1 MHz). Dicha salida la hago pasar por un filtro RC pasa bajas cuya capacitancia en este caso la proporciona el sensor que, al variar dependiendo de las circunstancias ambientales (entre 0 y 200 pF quizá) supuestamente debería aumentar o disminuir la frecuencia de corte, variando el voltaje de salida del filtro. La salida la aplico a un diodo 1N4148 de recuperación rápida, de ahí a una resistencia de entre 560K a 1M conectada a tierra (no tengo bien claro que valor usar) y luego a un capacitor de 100 nF para estabilizar el voltaje. La cuestión es que, al implementar el circuito, no obtengo la variación del voltaje de salida que se supone debería haber, este sale igual que entra o solo varía en un pequeño rango de poco menos de medio voltio que no me da la resolución suficiente. Con la capacitancia del sensor a tope (entre 150 o 200 pF aprox) debería casi anular el voltaje de salida, pero no, sigue casi igual que como entra. He probado con diferentes resistencias según la fórmula que existe para ello, pero no logro obtener ningún cambio apreciable. El voltaje de alimentación del módulo es de 5 voltios, aunque al parecer obtengo mas resultados con 3.3. La simulación de la capacitancia la recreo con un trimmer de entre 0 y 100 pF y con un capacitor coplanar diseñado en PCB (ya medido y probado). Si alguien de por aquí entiende bien de esto lo agradeceré mucho, porque yo no se que estoy haciendo mal. Filtro RC - ejemplo - 03.pngIMG_20190926_121220090.jpg
 
Lo que te puedo aportar desde mi experiencia con RF es que si estan bien las unidades y pensas experimentar con protoboard a 125MHz te va a ir espantosamente mal.

Los pasa bajos tienen una frecuencia de corte y una atenuación determinada al doble de la frecuencia del calculo, etc. En tu caso 250MHz si todas las unidades están bien.
 
Lo que te puedo aportar desde mi experiencia con RF es que si estan bien las unidades y pensas experimentar con protoboard a 125MHz te va a ir espantosamente mal.

Los pasa bajos tienen una frecuencia de corte y una atenuación determinada al doble de la frecuencia del calculo, etc. En tu caso 250MHz si todas las unidades están bien.
Gracias por tu aporte, de hecho apenas hoy pude acceder a un osciloscopio y ya chequé la señal. Al parecer si es corriente alterna a 125 MHz, pero el voltaje de salida es un tanto bajo, apenas 200 milivoltios o poco mas. No entendí lo que me quisiste decir con lo de "el doble de la frecuencia de cálculo", ¿o sea que tendría que hacer un filtro para el doble de la frecuencia de corte calculada para que pueda ver un efecto real?

Editado... leí mal una línea y respondí algo incorrecto...

Circuits and Techniques for Implementing Capacitive Touch Sensing
Simple Capacitive Touch Sensor Circuit Diagram
Ahí puedes encontrar ejemplos de circuitos para sensor capacitivo. El filtro RC/LC es sólo una parte del cricuito.
No hay problema, muchas gracias por tu aporte. Estoy checando el artículo.
 
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Depende de qué tipo de filtro y cuantos secciones(orden) sea este, es la atenuación y forma de la señal de salida.

Generalmente la atenuación que se calcula es -6dB al doble de la frecuencia de trabajo.

Ej: Un pasabajos tipo PI conformado por L/C tendrá mayor atenuación al doble o más de la frecuencia de trabajo.

Si un equipo funciona en 100MHz y lo tiene colocado a la entrada/salida, lo que atenuara será la primera armónica de 200MHz hacia arriba, no tendrá efecto práctico para frecuencias de 110MHZ por ejemplo porque la pendiente del filtro será muy suave con esa variación de frecuencia.

Revisa aquí http://ele-mariamoliner.dyndns.org/~jsalgado/analogica/6CA-filtros.pdf
 
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Muchas gracias. A ver si entendí bien: entonces si diseñé el filtro para una frecuencia de corte de digamos 100 MHz y mi señal de origen es de 125 MHz, ¿para que tuviera efecto debería diseñarlo para una frecuencia de corte de 50 MHz? Debo recalcar que se supone que dicha frecuencia de corte debe bajar conforme aumente la capacitancia del sensor, por lo que en un momento dado el voltaje de salida supuestamente debería rondar los cero voltios (el oscilador es alimentado con 5 voltios y al parecer sale una senoidal de 0.3 v o algo así). Si me aconsejan otro diseño se los agradeceré mucho. Saludos.
Otra duda, veo que le ponen una resistencia a tierra en la salida del circuito. ¿Que valor debe tener dicha resistencia?
 
En un filtro pasa bajo de primer orden, idealmente la atenuación es de 20 dB por década desde la frecuencia de corte (10*fc => -20dB... 100*fc => -40dB ... etc) o de 6dB por octava (2*fc => -6dB ... 4*fc=> -12dB... etc). A medida que el orden del filtro aumenta, esa atenuación se también lo hará, por ej. en un filtro de 2do orden será de -40dB/dec, etc.

Una cosa a tener en cuenta en el mundo "real" es que los componentes no son ideales y pueden representarse por un modelo que se asemeja a la realidad:



En base a ese modelo, es entendible que a cierta frecuencia un capacitor deje de comportarse como tal y empiece a tener un comportamiento inductivo. Esto se hace más presente a medida que el tamaño del componente es mayor, por ej. en componente de inserción el problema es mayor que en componentes SMD.

Resumiendo, si no tenés en cuenta esto último te puede suceder esto:



Donde la impedancia de un capacitor de 100nF a partir de los 20MHz deja de comportarse como si fuera capacitiva y pasa a ser inductiva a medida que aumenta la frecuencia.
 
Cuando tu calculas y colocas la frecuencia de corte del filtro pasa bajos de primer orden es donde este atenúa -3dB dicha señal y -6dB al doble de esta, etc.

Tú, estás trabajando en región de RF a 125MHz por lo que se usan filtros en base a L/C(inductores o bobinas y capacitores) y los cálculos incluyen la impedancia de salida de la carga(lo que tu denominas que viste como R) de este para que se de las condiciones calculadas.

Por eso mi insistencia en que no debes usar protoboard porque la inductancia y capacidades parásitas harán imposible que te funcione cualquier cosa que hayas calculado previamente sin tenerlas en cuenta.

Cuando la frecuencia es elevada, como en tu caso, estas pueden ser mayores a las que resulta de calculo por lo que hacen inviable el uso de esta herramienta muy útil en otras áreas pero totalmente inútil y contraproducente en RF.

El trabajo en altas frecuencias conlleva toda una serie de consideraciones que hay que estudiar como la que aclaró cosmefulanito04 y muchas más.

Es muy común diseñar un PCB y que las capacidades entre los track(pistas) o pad(ojalillos) sea del orden de los 3 a 6pF o más y si tienes calculado un capacitor de 15pF ya es casi la mitad de lo calculado y que no podrás variar externamente a menos que modifiques el PCB.

Aquí( Blog de CE7FFD...Ex CE3FFD....Ex CA3FFD: Cálculo y Diseño de Filtros RF )tienes un algo referente a los cálculos de filtros en RF.

Nunca trabaje con sensores capacitivos por lo que no te puedo orientar pero si en RF.
 
Gracias por sus respuestas. En base a todo lo anterior ¿que me recomiendan hacer? ¿recalcular el filtro para una frecuencia mucho mas baja o de plano dejar el asunto por la paz?
 
Dependerá del uso y requerimientos que necesites.

Si es para una señal On/Off o si es a los fines de medición, la cosa cambia radicalmente y depende de la precisión que se busque, etc.

Se podría usar por ejemplo un circuito PLL y mediría la salida de la tensión del circuito comparador.
 
Dependerá del uso y requerimientos que necesites.

Si es para una señal On/Off o si es a los fines de medición, la cosa cambia radicalmente y depende de la precisión que se busque, etc.

Se podría usar por ejemplo un circuito PLL y mediría la salida de la tensión del circuito comparador.
Lo que requiero es medir una capacitancia variable en función de ciertas condiciones ambientales aleatorias, la cual varía entre 1 y 100 pF mas o menos. Yo había pensado en un filtro RC pasa bajas cuya frecuencia de corte variara en función del aumento o disminución de dicha capacitancia, y el oscilador por cuestiones de química debe trabajar a mas de 80 MHz (los 125 MHz son lo mas adecuado).
Hasta ahorita solo he considerado el manejo de un filtro RC para medir la capacitancia. También está la opción de crear un oscilador cuya frecuencia varíe respecto a la capacitancia, pero no sabría como hacer uno que trabaje a semejantes frecuencias. Conozco uno basado en cristal que funciona para emitir en FM, pero al parecer solo lo hace a una determinada frecuencia y no varía conforme se modifica la capacitancia. Además, la salida solo proporciona una frecuencia "al aire", pero no un voltaje medible.
Propuesta oscilador a cristal - trimmer de 0 a 60 picofaradios.png
Por cierto, ¿alguien sabe de algún "prescaler" o algo parecido? ¿existe algún IC comercial que trabaje a frecuencias tipo VHF o se puede hacer con transistores y resistencias?
 
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Se puede hacer un OFV(Oscilador Frecuencia Variable) y medir la variación de la frecuencia en función de la variación de capacidad.

Con ese rango de capacidad(1-100pF) debe trabajar en frecuencias altas.

Un oscilador para frecuencias altas debe ser L/C y no R/C.

vco.jpg

La imagen que adjuntaste es la de un oscilador a cristal y si algo tienen es una estabilidad en frecuencia dada por el cristal.

Si quieres variar dicha frecuencia en función de una capacidad de ese rango, debes aplicarla en serie con el cristal pero a su vez en paralelo con un capacitor mínimo que permitirá que el cristal trabaje.

Desconozco la existencia de cristales que sean capaces de oscilar en fundamental más allá de los 20MHz-22MHz que son los que podrías mover mas fácilmente.
 
Gracias. Tengo algunas preguntas respecto al circuito que mencionas:

1.- ¿Que vendría a ser "DC Block"?
2.- No me interesa la radiofrecuencia, sino el voltaje alterno a la salida para pasarlo por un filtro RC y medir el voltaje resultante ¿puedo obtenerlo eliminando el capacitor de 10 pF a la salida?
3.- ¿De que valor o de cuantas vueltas y diámetro debe ser la bobina?

Hice un circuito de ejemplo que vi en youtube, pero no obtuve ninguna señal. Ejemplo 1
 
A esa frecuencia la bobina es de muy pocas vueltas y se "ajusta" modificando la separación de las espiras, hay calculadores para saber la inductancia necesaria, el problema es medir esa inductancia, existe o existía un aparato que ahora no recuerdo su nombre, que "leia" la frecuencia de resonancia de una bobina, tirabas una bola de alambre en la mesa y te decia a que frecuencia resonaba.
 
Gracias. Tengo algunas preguntas respecto al circuito que mencionas:

1.- ¿Que vendría a ser "DC Block"?
Es un capacitor como muestra el esquema para bloquear que la DC de la base del transistor oscilador no se derive a GND por que se despolarizan y no funcionaria.

2.- No me interesa la radiofrecuencia, sino el voltaje alterno a la salida para pasarlo por un filtro RC y medir el voltaje resultante ¿puedo obtenerlo eliminando el capacitor de 10 pF a la salida?
Qué te parece que es la RF o radiofrecuencia si no la AC a altas frecuencia que es lo que segun tu requieres(mas de 80MHz)?

No se puede sacar; ya que a la salida del capacitor de 10pF debe estar el voltaje AC que genera el oscilador, si lo quitas, lo que mides es la caída de tensión de la resistencia de polarización de emisor.

3.- ¿De que valor o de cuantas vueltas y diámetro debe ser la bobina?

Hice un circuito de ejemplo que vi en youtube, pero no obtuve ninguna señal. Ejemplo 1
De la cantidad que junto a la capacidad del sensor resuene a la frecuencia que quieras hacer oscilar al circuito.

Me parece que necesitas estudiar mas sobre todo lo basico de fisica y electronica y si ya fallaste al construir algo que funciona a alta frecuencia has entrado al mundo de la RF donde un simple esquema o video no hace que las cosas funcionen como se espera.
 
En el mundo de la alta frecuencia, la cantidad de estaño de una soldadura modifica las condiciones de funcionamiento, y ni que hablar del diseño del circuito impreso.
 
Gracias por todo. Es que en realidad no soy electrónico, soy informático y esto que estoy haciendo es parte de un sistema informático y debo elaborarlo yo por motivos ajenos a mi voluntad. Por eso me veo en la necesidad de pedir consejo. Ahora bien, investigando un poco mas di con este otro circuito basado en el integrado SN7413, que es una compuerta NAND dual de 4 entradas; al parecer con este no hay pierde porque hace todo internamente. El problema de esto sería que sigo sin saber como aprovechar el voltaje de salida para medirlo, puesto que a lo que pude ver la salida no da voltaje alguno, solo una frecuencia de radio que se propaga al aire. Además estoy teniendo problemas para encontrar el circuito.

Oscilador FM compuerta NAND.jpg
 
Tendras muchos problemas para encontrar el circuito por que no está claro que quieres hacer, ni como.

Hay formas de hacer las cosas de acuerdo a que se quiera lograr.

Si es medir la capacidad hay infinidad de esquemas que se adaptan a distintas necesidades y si lo que se pretende es medir la frecuencia, también.

No se por que se debe pasar la señal por un pasabajos RC que es totalmente incompatible con el primer enunciado de trabajar a altas frecuencias.

Si la intención es medir la intensidad de la señal, tambien hay metodos pero todo requiere de una estrategia global de saber/entender todo el sistema o funcionamiento del aparato o cosas a diseñar.

No se puede usar una compuerta lógica de ese tipo porque no le da para trabajar a semejante frecuencia(tiempo de propagación 22nS)

Cualquier conexión a la salida que coloques a esa frecuencia con el fin de medir algo, sera un irradiante y debes tener en cuenta que cualquier instrumento al medir y tomar parte de la señal presenta una carga en paralelo con el circuito.

Como sos Informático te lo voy a poner con un ejemplo exagerado pero estas queriendo usar un Floppy SD(360K) de 5" y 1/4 para hacer un backup de un disco rígido de 1Tb.
 
Creo que tendré que recapitular la idea original. Necesito medir la humedad del suelo, y para ello no hay mejor método que el capacitivo a frecuencias VHF. La idea es generar una señal de 125 MHz constante, esa señal pasaría por el filtro, cuyo capacitor debe variar en función de dicha humedad. Por lo consiguiente el voltaje de salida deberá variar también al bajar o subir la frecuencia de corte (si la humedad sube la capacitancia también, por lo que la frecuencia de corte baja y el voltaje de salida debería bajar; y si la humedad baja la capacitancia también lo hará, con lo que la frecuencia de corte subirá y el voltaje de salida también). También se puede crear un oscilador que vibre en función de la capacitancia, pero medir frecuencias del orden de MHz es muy complicado, por lo que siempre será mejor usar el filtro.
Esto es lo que quiero hacer. La resistencia de 220 es solo por mencionar algo, no es un dato exacto.Filtro RC - ejemplo - 03.png
Quizá haya algo que no entienda o esté malinterpretando en este gráfico, si lo ven pueden decírmelo.
 
Última edición:
El concepto está claro, pero la aplicación no se si es tan así, a esa frecuencia y con ese delta de variación de la capacidad, creo que hay dificultades constructivas que tendrias que tener en cuenta, me imagino que el sensor capacitivo tendrás una conexión por cable al equipo encargado de convertir esa variación de capacidad en una lectura "acomodada", ese cable ya tiene una capacidad fija por mts, tendrias que medir la variación sumado a dicho cable, con un buen capacimetro no habría problemas, despues esa señal integrarla para sacar la continua resultante, que ademas será el reflejo de señal despues del sensor, todo es cuestión de probar, las simulación en este tipo de cosas no sirven de mucho, cuando vas a realidad chocas con varios factores.
 

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