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Como projetar circuitos de filtro passa-alta e passa-baixa rapidamente

Neste post, aprendemos como projetar circuitos de filtro de áudio, como filtro passa-alta e circuitos de filtro passa-baixa, sem esforço, sem passar pelos aborrecimentos de simulação e cálculos complexos. Os projetos apresentados permitirão criar circuitos de filtro apenas para as bandas de frequência específicas desejadas e bloquear todas as outras frequências indesejadas.

O que é filtro passa-altas

Como o nome sugere, um circuito de filtro passa-alta é projetado para atenuar todas as frequências abaixo de uma determinada frequência selecionada e passar ou permitir todas as frequências acima desse limite. O princípio é exatamente o oposto de um circuito de filtro passa-baixa.

A faixa de corte geralmente está em uma faixa de frequência relativamente mais alta (em kHz),

O gráfico de resposta do filtro passa-alta a seguir mostra a imagem da forma de onda indicando como todas as frequências abaixo de um limite de corte selecionado são atenuadas ou bloqueadas gradualmente, à medida que a frequência diminui.

GRÁFICO DE RESPOSTA DO FILTRO PASSA-ALTA

As duas imagens a seguir são configuradas como circuitos de filtro passa-alta padrão, onde a primeira é projetada para funcionar com uma alimentação dupla, enquanto a segunda é especificada para operar com uma única alimentação.

CIRCUITO DE FILTRO PASSA-ALTA PADRÃO
COMO PROJETAR CIRCUITOS DE FILTRO PASSA-ALTA E PASSA-BAIXA RAPIDAMENTE 15
CIRCUITO DE FILTRO PASSA-ALTA BASEADO EM OPAMP
COMO PROJETAR CIRCUITOS DE FILTRO PASSA-ALTA E PASSA-BAIXA RAPIDAMENTE 16

Em ambas as configurações acima, o opamp forma o componente ativo de processamento central, enquanto os resistores e capacitores associados conectados nos pinos de entrada do opamp são introduzidos para determinar o ponto de corte do filtro passa-alta, dependendo de como os valores desses componentes passivos são calculados de acordo com as especificações ou requisitos dos usuários.

Como projetar um filtro passa-altas personalizado

Conforme proposto, para projetar rapidamente um circuito de filtro passa-alta, as seguintes fórmulas e as etapas subsequentes podem ser usadas para calcular os resistores e capacitores relevantes.

Primeiro, selecione um valor apropriado arbitrariamente para C1 ou C2, ambos podem ser idênticos.

Em seguida, calcule R1 usando a seguinte fórmula:

R1 = 1 / √2 x π x C1 x Frequência

Aqui o termo “frequência” refere-se ao limiar de corte passa-alto desejado abaixo do qual outras frequências indesejadas precisam ser atenuadas ou ignoradas gradualmente.

Finalmente, calcule R2 da mesma forma que acima usando a seguinte equação:

R2 = 1 / 2 √2 x π x C1 x Frequência

A versão de alimentação única do circuito de filtro passa-alta pode ser vista envolvendo outro capacitor Cout que não é nada crítico e pode ser aproximadamente 100 ou 1000 vezes maior que C1.

As discussões acima mostram como qualquer pessoa pode calcular e projetar rapidamente um circuito de filtro passa-altas rapidamente para uma aplicação específica que pode ser um circuito de controle de agudos, um equalizador gráfico de 10 bandas ou um circuito de home theater etc.

Como funcionam os filtros passa-baixa

Como o nome sugere, os circuitos de filtro passa-baixa são projetados para passar ou conduzir uma faixa de frequência preferida abaixo ou abaixo de um limite de corte desejado e atenuar ou bloquear gradualmente as frequências acima desse valor.

Normalmente, os opamps são empregados para fazer tais circuitos de filtro, uma vez que os opamps são mais adequados para essas aplicações devido às suas características extremamente versáteis.

Gráfico mostrando frequência x ganho

O gráfico a seguir fornece a resposta de frequência típica do filtro passa-baixa em relação ao ganho, podemos ver claramente como a resposta atenua (cai gradualmente) à medida que a frequência aumenta além do limite de corte específico.

RESPOSTA DE FREQUÊNCIA DO FILTRO PASSA-BAIXA EM RELAÇÃO AO GANHO
COMO PROJETAR CIRCUITOS DE FILTRO PASSA-ALTA E PASSA-BAIXA RAPIDAMENTE 17

As imagens a seguir descrevem os circuitos de filtro passa-baixa baseados em amplificador operacional padrão. O primeiro precisa ser alimentado por uma fonte dupla e o segundo funciona usando uma única tensão de alimentação.

FILTRO PASSA-BAIXO BASEADO EM OPAMP
COMO PROJETAR CIRCUITOS DE FILTRO PASSA-ALTA E PASSA-BAIXA RAPIDAMENTE 18
CIRCUITO DE FILTRO PASSA-BAIXA PERSONALIZADO
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Projetando um circuito de filtro passa-baixo personalizado

Os componentes R1, R2 e C1, C2 configurados com as pinagens de entrada não inversora (+) e inversora (-) do opamp basicamente decidem a faixa de corte do filtro, e estes precisam ser calculados de forma otimizada durante o projeto o circuito.

Para calcular esses parâmetros e projetar um circuito de filtro passa-baixa rapidamente em minutos, pode-se utilizar as seguintes fórmulas e as etapas explicadas:

Primeiro, precisamos encontrar C1, o que podemos fazer selecionando qualquer valor arbitrariamente conforme nossa conveniência.

Em seguida, podemos calcular C2 com a fórmula:

C2 = C1 x 2

R1 e R2 podem ser idênticos e podem ser calculados usando a seguinte fórmula:

R1 ou R2 = 1 / 2 √2 x π x C1 x Frequência.

aqui a “frequência” é a faixa onde se espera que a transição de corte aconteça, ou a faixa de corte desejada.

Os valores de Cin e Cout mostrados no filtro passa-baixas de alimentação única não são críticos e podem ser de 100 a 1000 vezes maiores que C1, ou seja, se você selecionou C1 como 0,1uF, eles podem estar entre 10uF e 100uF etc. A especificação de tensão pode ser selecionada para ser o dobro da tensão de alimentação utilizada.

Os resistores são todos de 1/4 watt, 5% ou 1%.

É isso!… usando a técnica simples acima, você pode projetar um filtro passa-baixo razoavelmente bom rapidamente e usá-lo para uma aplicação específica que pode incluir um circuito de música de graves altos, um alto-falante ativo cruzado de rede ou um sistema de home theater etc. .

High Pass, Low Pass e Band Pass de um único circuito

Um filtro de variável de estado como o mostrado abaixo pode gerar três saídas: passa-alta, passa-faixa e passa-baixa. Este é, portanto, um projeto de filtro extremamente flexível, especialmente se a frequência de ressonância for ajustável.

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COMO PROJETAR CIRCUITOS DE FILTRO PASSA-ALTA E PASSA-BAIXA RAPIDAMENTE 20

No projeto de filtro proposto, essa frequência ressonante específica é linearmente proporcional ao ganho dos dois integradores. Alguns CA3080’s, (IC2, 4) são configurados para fornecer o ganho ajustável, sendo a frequência de ressonância mantida proporcional à corrente Iabc.

Trabalhando com 741 amplificadores operacionais para IC3, pode ser possível obter uma faixa de controle de 100 a 1 (frequência de ressonância). Se os ICs CA3140 forem aplicados no lugar dos 741, esse intervalo poderá ser expandido para praticamente 10.000 para 1.

Mais informações: https://drive.google.com/file/d/1yo_WH0NzYg43ro_X0ZrXoLYSM5XOzKU8/view?usp=sharing

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FONTE


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