Circuito de Filtro Notch Ativo do Amplificador Operacional
O circuito de amplificador operacional para um filtro de entalhe ativo pode ser usado para remover frequências únicas ou pequenas bandas de frequências e o design do circuito eletrônico é fácil.
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Tutorial de Amplificador Operacional Inclui:
Introdução | Resumo de Circuitos | Amplificador Inversor | Amplificador Somador | Amplificador Não-inversor | Amplificador de Ganho Variável | Filtro Ativo Passa-Alta | Filtro Ativo Passa-Baixa | Filtro Passa-Banda | Filtro Notch | Comparador | Gatilho de Schmitt | Multivibrador | Bistável | Integrador | Diferenciador | Oscilador Wien Bridge | Oscilador de Deslocamento de Fase
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Amplificadores operacionais fornecem uma excelente maneira de fazer e projetar filtros de entalhe. Os circuitos de amplificador operacional para filtros de entalhe ativos são muito eficazes e fáceis de projetar e construir usando um número mínimo de componentes eletrônicos.
Os filtros de entalhe podem ser usados em várias aplicações diferentes em que uma determinada frequência ou banda de frequências precisa ser removida. Muitas vezes, os arquivadores de entalhe são de frequência fixa, embora seja possível projetar alguns que tenham frequências variáveis.
Os filtros de entalhe de frequência fixa encontram aplicações como a remoção de interferência de frequência fixa, como zumbido da rede, de circuitos de áudio. Eles também podem ser usados no projeto de circuitos eletrônicos em muitas áreas, removendo convenientemente uma única frequência ou uma faixa estreita de frequências.
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RESPOSTA DO FILTRO DE ENTALHE
Como o nome do filtro de entalhe indica, ele fornece um entalhe ou banda estreita sobre a qual o filtro remove os sinais nessa frequência.
A resposta ideal para qualquer filtro notch seria uma resposta completamente plana na faixa utilizável, com exceção da frequência notch. Aqui cairia muito rápido proporcionando um alto nível de atenuação capaz de remover o sinal indesejado.
Na realidade, a perfeição não é alcançável, mas ao usar um circuito de amplificador operacional, os altos níveis de ganho do próprio amplificador operacional significam que altos níveis de atenuação e entalhes estreitos podem ser alcançados muito facilmente com um número mínimo de componentes eletrônicos além de o amplificador operacional.
CIRCUITO DE FILTRO DE ENTALHE ATIVO DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL
O diagrama abaixo mostra um circuito de amplificador operacional para um filtro notch ativo usando um único amplificador operacional e alguns componentes eletrônicos adicionais.
O circuito do filtro de entalhe é bastante direto e os cálculos do projeto do circuito eletrônico para os valores dos componentes também são fáceis de determinar.
O circuito de filtro de entalhe ativo é bastante simples de projetar. Ele emprega feedback negativo e positivo em torno do chip do amplificador operacional e, dessa forma, é capaz de fornecer um alto grau de desempenho.
O cálculo do valor para o circuito é muito simples. A fórmula para calcular os valores do resistor e do capacitor para o circuito do filtro de entalhe é:
Onde:
f notch = frequência central do notch em Hertz
Π = 3,142
R e C são os valores dos resistores e capacitores em Ω e Farads
PRECAUÇÕES DO PROJETO DO FILTRO DE ENTALHE
Ao construir o circuito do filtro notch ativo, componentes de alta tolerância devem ser usados para obter o melhor desempenho. Normalmente, eles devem ser de 1% ou melhor. Uma profundidade de entalhe de 45 dB pode ser obtida usando componentes de 1%, embora em teoria seja possível que o entalhe seja da ordem de 60 dB usando componentes ideais. R1 e R2 devem ser combinados dentro de 0,5% ou podem ser ajustados usando resistores paralelos.
Um item adicional para garantir a operação ideal do circuito é garantir que a impedância da fonte seja inferior a cerca de 100 ohms. Além disso, a impedância de carga deve ser superior a cerca de 2 M Ohms.
O circuito é frequentemente usado para remover zumbidos indesejados dos circuitos. Os valores para um entalhe de 50 Hz seriam: capacitores: C1, C2 = 47 nF, resistores: R1, R2 = 10 k, R3, R4 = 68 k.
CIRCUITO DE FILTRO DE ENTALHE T DUPLO DE AMPLIFICADOR OPERACIONAL COM Q VARIÁVEL
Embora o circuito de filtro de entalhe fixo possa ser usado em muitos projetos de circuitos eletrônicos, às vezes pode ser necessária uma largura de entalhe variável de Q. Isso também pode ser fornecido usando um circuito de amplificador operacional simples.
Um filtro de entalhe T duplo com variável Q é simples de realizar e pode fornecer um bom nível de rejeição na frequência do entalhe. Este circuito de amplificador operacional usa dois amplificadores operacionais, e a seção “T” dupla pode ser vista entre os dois amplificadores operacionais.
A função Q variável para o filtro de entalhe ativo T duplo é fornecida pelo potenciômetro colocado na entrada não inversora do amplificador operacional inferior no diagrama.
O cálculo do valor para o circuito é muito simples. A fórmula é a mesma usada para a versão passiva do filtro de entalhe em T duplo.
Onde:
f notch = frequência de corte em Hertz
π = 3,142
R e C são os valores dos resistores e capacitores como no circuito
O valor do potenciômetro não é crítico. Não deve ser tão alto que a resistência seja carregada pela impedância de entrada do segundo amplificador operacional. Como também é visto como uma carga de resistor pelo primeiro amplificador operacional, ele não deve ser tão baixo que apresente uma carga significativa. Este resistor atua apenas como um divisor de potencial para apresentar a proporção necessária da saída para a entrada do segundo amplificador operacional.
O potenciômetro pode estar em qualquer lugar entre cerca de 4,7kΩ e 47kΩ. Como os amplificadores operacionais padrão têm uma resistência de entrada de cerca de 250kΩ, há margem suficiente para o potenciômetro de 47kΩ.
O circuito do amplificador operacional para um filtro notch pode ser muito útil, e o recurso de ajuste para o Q também pode ser muito útil. Ele usa comparativamente poucos componentes eletrônicos: apenas dois amplificadores operacionais, que podem ser incorporados em um único pacote de circuito integrado, bem como três resistores, três capacitores e o potenciômetro para ajustar o valor de Q.
A principal desvantagem do circuito de filtro de entalhe é que, à medida que o nível de Q aumenta, a profundidade do nulo diminui. Apesar disso, o circuito de amplificador operacional pode ser usado com sucesso em muitos projetos de circuitos eletrônicos para uma variedade de aplicações.
COMPONENTES ELETRÔNICOS PARA PROJETOS DE FILTRO DE ENTALHE
A escolha dos componentes eletrônicos utilizados em um filtro ativo é fundamental para o bom funcionamento do circuito. Para um filtro notch ativo, a tolerância e o desempenho dos componentes eletrônicos são fundamentais.
Alterações nos valores dos componentes eletrônicos como resultado de sua tolerância podem alterar significativamente o entalhe e sua profundidade. Todos os componentes na área determinante do entalhe do circuito devem ter uma tolerância apertada, 1% ou melhor.
Atualmente, os resistores de filme metálico estão disponíveis em formato de dispositivo de montagem em superfície e com chumbo. Esses resistores não são apenas de baixo ruído, mas também podem ser comprados em formas de tolerância estreita. Normalmente, eles estão disponíveis como versões de 1%, 2% ou ocasionalmente 5%. Como geralmente há pouca diferença de custo, o uso de resistores de 1% é uma boa escolha.
Em termos de capacitores, capacitores eletrolíticos devem ser evitados a todo custo. Não só eles são polarizados, mas sua tolerância é muito pobre. Normalmente, os capacitores eletrolíticos têm uma tolerância de -20% e +80%, portanto, não são precisos. Os capacitores eletrolíticos de tântalo também devem ser evitados. Eles são melhores que os capacitores eletrolíticos, mas também são polarizados e não fornecem um nível de precisão suficiente.
Os capacitores cerâmicos oferecem um bom nível de desempenho e normalmente estão disponíveis nas faixas exigidas. Eles também estão disponíveis como dispositivos de montagem em superfície e com chumbo. Dependendo do dielétrico real, capacitores de tolerância muito alta estão disponíveis e os tipos certos oferecem bom desempenho.
Os capacitores de filme plástico são outra boa escolha, pois muitos tipos oferecem bons níveis de tolerância. No entanto, os capacitores de filme geralmente estão disponíveis apenas como dispositivos com chumbo e não como dispositivos de montagem em superfície.
Os dois circuitos de filtro de entalhe ativo do amplificador operacional são muito fáceis de projetar e usar. Seu desempenho é bom o suficiente para a maioria das aplicações, mas se eles precisarem ser colocados em cascata, deve-se tomar cuidado para garantir que estejam exatamente na mesma frequência usando componentes de tolerância muito próximos para os elementos determinantes de frequência.
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