Filtros ativos são dispositivos eletrônicos que permitem a passagem seletiva de determinadas frequências de um sinal de entrada, enquanto atenuam outras. Eles são compostos por componentes ativos, como amplificadores operacionais, que são capazes de amplificar e processar o sinal de entrada. Os filtros ativos podem ser de primeira ordem, que possuem uma única etapa de filtragem, ou de segunda ordem, que possuem duas etapas de filtragem. Cada tipo de filtro possui características específicas de resposta em frequência e atenuação, sendo utilizados em diversas aplicações na eletrônica e processamento de sinais.
Entendendo o funcionamento de filtros de segunda ordem em sistemas eletrônicos e acústicos.
Os filtros ativos são dispositivos eletrônicos projetados para atenuar ou amplificar determinadas frequências em um sinal de entrada. Eles são amplamente utilizados em sistemas eletrônicos e acústicos para melhorar a qualidade do som ou para filtrar interferências indesejadas.
Os filtros de primeira ordem são os mais simples, sendo compostos por um único componente reativo, como um capacitor ou um indutor. Eles são capazes de atenuar ou amplificar as frequências de acordo com a sua resposta em frequência.
Por outro lado, os filtros de segunda ordem são mais complexos e possuem duas etapas de filtragem. Eles são compostos por dois componentes reativos e são capazes de atenuar ou amplificar as frequências com maior precisão em relação aos filtros de primeira ordem.
Os filtros de segunda ordem apresentam uma resposta em frequência mais acentuada, o que os torna ideais para aplicações que requerem uma filtragem mais seletiva. Eles também possuem uma maior capacidade de atenuação em determinadas frequências, o que os torna especialmente úteis em sistemas de áudio profissional.
Em resumo, os filtros ativos de segunda ordem são componentes essenciais em sistemas eletrônicos e acústicos, oferecendo uma filtragem mais precisa e seletiva em relação aos filtros de primeira ordem. Eles são amplamente utilizados em aplicações que requerem um controle mais refinado das frequências presentes em um sinal de entrada.
A importância do filtro ativo na filtragem e melhoria do sinal de áudio.
Os filtros ativos desempenham um papel crucial na filtragem e melhoria do sinal de áudio. Eles são dispositivos eletrônicos que ajudam a remover frequências indesejadas, melhorando a qualidade do som que chega aos nossos ouvidos. A principal importância desses filtros está em sua capacidade de atuar de forma ativa, ou seja, são capazes de amplificar e processar o sinal, em contraste com os filtros passivos que apenas atenuam o sinal.
Os filtros ativos podem ser de primeira ou segunda ordem, dependendo da complexidade do circuito utilizado. Os filtros de primeira ordem são mais simples e possuem uma resposta de frequência mais suave, enquanto os filtros de segunda ordem são mais complexos e possuem uma resposta de frequência mais acentuada.
A utilização de filtros ativos na filtragem de áudio é essencial, pois eles permitem uma maior precisão no ajuste das frequências a serem filtradas, proporcionando um som mais claro e definido. Além disso, esses filtros também ajudam a minimizar interferências e ruídos indesejados, melhorando significativamente a qualidade do sinal de áudio.
Em resumo, os filtros ativos desempenham um papel fundamental na melhoria do sinal de áudio, proporcionando uma filtragem mais precisa e eficiente das frequências indesejadas. Sua capacidade de atuação ativa e sua versatilidade na configuração tornam esses dispositivos essenciais em sistemas de áudio profissionais e amadores.
Principais tipos de filtros eletrônicos utilizados na filtragem de sinais elétricos.
Os filtros eletrônicos são dispositivos essenciais na filtragem de sinais elétricos, permitindo a seleção de determinadas frequências e atenuação de outras. Existem dois principais tipos de filtros eletrônicos: os filtros passivos e os filtros ativos.
Os filtros ativos são circuitos eletrônicos que utilizam componentes ativos, como amplificadores operacionais, para realizar a filtragem de sinais. Eles são mais versáteis e eficientes que os filtros passivos, pois são capazes de amplificar o sinal enquanto o filtram.
Os filtros ativos podem ser classificados de acordo com a ordem do filtro, que indica a quantidade de componentes de filtragem utilizados. Os filtros de primeira ordem utilizam um componente de filtragem, como um capacitor ou um indutor, enquanto os filtros de segunda ordem utilizam dois componentes de filtragem em cascata.
Os filtros de primeira ordem apresentam uma atenuação de -20 dB por década, ou seja, a cada dobramento da frequência de corte a atenuação do sinal é reduzida em 20 dB. Já os filtros de segunda ordem apresentam uma atenuação de -40 dB por década, proporcionando uma maior seletividade na filtragem do sinal.
Em resumo, os filtros ativos são uma ferramenta poderosa na filtragem de sinais elétricos, permitindo a seleção de frequências desejadas e a atenuação de frequências indesejadas. Eles podem ser de primeira ou segunda ordem, oferecendo diferentes níveis de atenuação e seletividade.
Conheça os diferentes tipos de filtros passivos e suas aplicações na eletrônica.
Conheça os diferentes tipos de filtros passivos e suas aplicações na eletrônica.
Um filtro passivo é um circuito eletrônico que utiliza componentes passivos, como resistores, capacitores e indutores, para atenuar ou filtrar determinadas frequências de um sinal elétrico. Existem vários tipos de filtros passivos, cada um com sua própria função e aplicação na eletrônica.
Um dos filtros passivos mais comuns é o filtro passa-baixas, que permite a passagem de frequências mais baixas enquanto atenua as frequências mais altas. Este tipo de filtro é amplamente utilizado em sistemas de áudio, onde é necessário filtrar ruídos indesejados.
Outro tipo de filtro passivo é o filtro passa-altas, que faz o oposto do filtro passa-baixas, permitindo a passagem de frequências mais altas e atenuando as frequências mais baixas. Este tipo de filtro é utilizado em aplicações onde é necessário eliminar ruídos de baixa frequência.
Além disso, existem os filtros passa-faixa, que permitem a passagem de um determinado intervalo de frequências, e os filtros rejeita-faixa, que atenuam um intervalo de frequências específico.
É importante entender as características de cada tipo de filtro passivo para escolher o mais adequado para a aplicação desejada. Cada tipo de filtro possui vantagens e desvantagens, e é importante considerar as necessidades do circuito eletrônico antes de escolher o filtro adequado.
Em resumo, os filtros passivos são componentes essenciais na eletrônica, sendo utilizados para filtrar ou atenuar determinadas frequências em um sinal elétrico. Conhecer os diferentes tipos de filtros passivos e suas aplicações é fundamental para o desenvolvimento de circuitos eletrônicos eficientes e funcionais.
Filtros ativos: características, primeira e segunda ordem
Filtros ativos são aqueles que possuem fontes controladas ou elementos ativos, como amplificadores operacionais, transistores ou tubos de vácuo. Através de um circuito eletrônico, um filtro possibilita a modelagem de uma função de transferência que altera o sinal de entrada e fornece um sinal de saída de acordo com o projeto.
A configuração de um filtro eletrônico é geralmente seletiva e o critério de seleção é a frequência do sinal de entrada. Devido ao exposto acima, dependendo do tipo de circuito (em série ou paralelo), o filtro permitirá a passagem de certos sinais e bloqueará a passagem dos demais.
Desta forma, o sinal de saída será caracterizado por ser purificado de acordo com os parâmetros de projeto do circuito que constitui o filtro.
Caracteristicas
– Filtros ativos são filtros analógicos, o que implica que eles modificam um sinal analógico (entrada), dependendo dos componentes de frequência.
– Graças à presença de componentes ativos (amplificadores operacionais, tubos de vácuo, transistores, etc.), esse tipo de filtro aumenta uma seção ou todo o sinal de saída em relação ao sinal de entrada.
Isso ocorre devido à amplificação de potência pelo uso de amplificadores operacionais (OPAMS). Isso facilita a obtenção de ressonância e um fator de alta qualidade, sem a necessidade do uso de indutores. Por outro lado, o fator de qualidade – também conhecido como fator Q – é uma medida da acuidade e eficiência da ressonância.
– Filtros ativos podem combinar componentes ativos e passivos. Estes últimos são os componentes básicos dos circuitos: resistores, capacitores e indutores.
– Os filtros ativos permitem conexões em cascata, são configurados para amplificar sinais e permitir a integração entre dois ou mais circuitos, se necessário.
– Se o circuito possui amplificadores operacionais, a tensão de saída do circuito é limitada pela tensão de saturação desses elementos.
– Dependendo do tipo de circuito e dos valores nominais dos elementos ativos e passivos, o filtro ativo pode ser projetado para fornecer uma alta impedância de entrada e uma pequena impedância de saída.
– A fabricação de filtros ativos é econômica em comparação com outros tipos de montagens.
– Para operar, os filtros ativos requerem uma fonte de alimentação, preferencialmente simétrica.
Filtros de primeira ordem
Os filtros de primeira ordem são usados para atenuar sinais que estão acima ou abaixo do grau de rejeição, em múltiplos de 6 decibéis cada vez que a frequência é duplicada. Esse tipo de montagem geralmente é representado pela seguinte função de transferência:
Ao dividir o numerador e o denominador da expressão, você deve:
– N (jω) é um polinômio de grau ≤ 1
– t é o inverso da frequência angular do filtro
– W c é a frequência angular do filtro e é dada pela seguinte equação:
Nesta expressão f c é a frequência de corte do filtro.
A frequência de corte é aquela frequência limite do filtro para a qual a atenuação do sinal é induzida. Dependendo da configuração do filtro (passa-baixo, passa-alto, passa faixas ou elimina faixas), o efeito do design do filtro é apresentado precisamente a partir da frequência de corte.
No caso específico de filtros de primeira ordem, estes podem ser apenas passa-baixo ou passa-alto.
Filtros passa-baixo
Esse tipo de filtro permite a passagem das frequências mais baixas e atenua ou suprime as frequências mais altas que a frequência de corte.
A função de transferência para os filtros passa-baixo é a seguinte:
A amplitude e resposta de fase desta função de transferência é:
Um filtro passa-baixo ativo pode cumprir a função de projeto usando resistores de resistência de entrada e terra, juntamente com amplificadores operacionais e configurações de resistores e capacitores em paralelo. Abaixo está um exemplo de um circuito passa-baixo ativo do inversor:
Os parâmetros da função de transferência para este circuito são:
Filtros passa-alto
Por outro lado, os filtros passa-alto têm um efeito oposto, comparado aos filtros passa-baixo. Ou seja, esse tipo de filtro atenua as frequências baixas e permite que as altas frequências passem.
Mesmo, dependendo da configuração do circuito, os filtros passa-alto ativos podem amplificar os sinais se eles tiverem amplificadores operacionais especialmente dispostos para esse fim. A função de transferência de um filtro passa-alto ativo de primeira ordem é a seguinte:
A resposta em amplitude e fase do sistema é:
Um filtro passa-alto ativo usa resistores e capacitores em série na entrada do circuito, bem como uma resistência no caminho de descarga para o terra, para cumprir a função de impedância de realimentação. Abaixo está um exemplo de um circuito ativo do inversor de passa alta:
Os parâmetros da função de transferência para este circuito são:
Filtros de segunda ordem
Os filtros de segunda ordem geralmente são obtidos fazendo conexões de filtro de primeira ordem em série, para obter uma montagem mais complexa que permite ajustar seletivamente as frequências.
A expressão geral para a função de transferência de um filtro de segunda ordem é:
Ao dividir o numerador e o denominador da expressão, você deve:
– N (jω) é um polinômio de grau ≤ 2.
– W ou é a frequência angular do filtro, e é dada pela seguinte equação:
Nesta equação, f o é a frequência característica do filtro. Se houver um circuito RLC (resistência, indutor e capacitor em série), a frequência característica do filtro coincide com a frequência ressonante do filtro.
Por sua vez, a frequência ressonante é a frequência na qual o sistema atinge seu grau máximo de oscilação.
– ζ é o fator de amortecimento. Esse fator define a capacidade do sistema de amortecer o sinal de entrada.
Por sua vez, o fator de qualidade do filtro é obtido do fator de amortecimento através da seguinte expressão:
Dependendo do design das impedâncias do circuito, os filtros ativos de segunda ordem podem ser: filtros passa-baixo, filtros passa-alto e filtros passa-banda.
Aplicações
Filtros ativos são usados em redes elétricas para reduzir distúrbios na rede, devido à conexão de cargas não lineares.
Esses distúrbios podem ser permeados pela combinação de filtros ativos e passivos e pela variação das impedâncias de entrada e configurações de RC em todo o conjunto.
Nas redes elétricas de energia , os filtros ativos são usados para reduzir os harmônicos de corrente que circulam pela rede entre o filtro ativo e o nó de geração de energia.
Da mesma forma, os filtros ativos ajudam a equilibrar as correntes de retorno que circulam pelo neutro e os harmônicos associados a essa circulação de corrente e a tensão do sistema.
Além disso, os filtros ativos cumprem uma excelente função no que diz respeito à correção do fator de potência dos sistemas elétricos interconectados.
Referências
- Filtros ativos (sf). Universidade Experimental Nacional de Táchira. Estado de Táchira, Venezuela. Recuperado de: unet.edu.ve
- Lamich, M. (2001). Filtros ativos: introdução e aplicativos. Universidade Politécnica da Catalunha, Espanha. Recuperado de: crit.upc.edu
- Miyara, F. (2004). Filtros ativos Universidade Nacional de Rosário. Argentina Recuperado de: fceia.unr.edu.ar
- Gimenez, M (sf). Teoria dos circuitos II. Universidade Simón Bolívar. Estado de Miranda, Venezuela. Recuperado de: labc.usb.ve
- Wikipedia, A Enciclopédia Livre (2017). Filtro ativo Recuperado de: en.wikipedia.org
- Wikipedia, A Enciclopédia Livre (2017). Filtro eletrônico. Recuperado de: en.wikipedia.org