Circuito de Filtro Passa-Alta do Amplificador Operacional Ativo
Os filtros passa-alta de amplificador operacional são muito fáceis de projetar usando alguns componentes eletrônicos e com equações diretas para uma resposta Butterworth.
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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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Os filtros passa-altas de amplificador operacional são fáceis de implementar usando apenas alguns componentes eletrônicos usados em uma variedade de dispositivos e circuitos eletrônicos para eliminar ruídos e outros ruídos.
Embora qualquer forma de resposta do filtro possa ser escolhida, a resposta Butterworth simplifica as equações e o processo de projeto eletrônico que produz os valores dos componentes eletrônicos pode ser realizado em muito pouco tempo.
Apesar da facilidade de design, os filtros passa-altas de amplificador operacional são capazes de fornecer um alto nível de desempenho a partir de apenas um número relativamente pequeno de componentes eletrônicos, e isso os torna uma proposta muito atraente para circuitos de baixa frequência.
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O QUE É UM FILTRO PASSA-ALTA
Como o nome indica, um filtro passa-alta é um filtro que passa as frequências mais altas e rejeita as frequências mais baixas.
A forma da curva é importante. Uma das características mais importantes é a frequência de corte. Normalmente é considerado o ponto em que a resposta caiu 3dB.
Outra característica importante é a inclinação final do roll off. Isso geralmente é governado pelo número de ‘pólos’ no filtro. Normalmente há um pólo para cada capacitor ou indutor em um filtro.
Quando plotado em uma escala logarítmica, o roll-off final se torna uma linha reta, com a resposta caindo na taxa de roll-off final. Isso é 6dB por pólo dentro do filtro.
A vantagem de usar um circuito de amplificador operacional para o filtro high pas é que um circuito de múltiplos pólos pode ser feito usando apenas capacitores e resistores, em vez de indutores que poderiam ser necessários.
FILTRO PASSA-ALTA DE AMPLIFICADOR OPERACIONAL DE PÓLO ÚNICO
O circuito de filtro passa-alta de circuito mais simples usando um amplificador operacional pode ser obtido colocando um capacitor em série com um dos resistores no circuito do amplificador, conforme mostrado. A reatância do capacitor aumenta à medida que a frequência diminui e, como resultado, isso forma um filtro passa-baixo CR que fornece um roll off de 6 dB por oitava.
A frequência de corte ou ponto de interrupção do filtro pode ser calculada facilmente calculando a frequência na qual a reatância do capacitor é igual à resistência do resistor. Isso pode ser obtido usando a fórmula:
Onde:
Xc é a reatância capacitiva em ohms
Π é igual a 3,142
f é a frequência em Hertz
C é a capacitância do capacitor em Farads
FILTRO PASSA-ALTA ATIVO DE DOIS PÓLOS
Embora seja possível projetar uma ampla variedade de filtros com diferentes níveis de ganho e diferentes padrões de roll off usando amplificadores operacionais, o filtro descrito nesta página fornecerá uma boa solução infalível. Ele oferece ganho de unidade e uma resposta Butterworth (a resposta mais plana na banda, mas não a mais rápida para obter o roll off final fora da banda).
Os cálculos para os valores do circuito são muito diretos para a resposta Butterworth e o cenário de ganho unitário. O amortecimento crítico é necessário para o circuito e a razão dos valores do resistor determina isso.
Ao escolher os valores, certifique-se de que os valores do resistor estejam na região entre 10 kΩ e 100 kΩ. Isso é aconselhável porque a impedância de saída do circuito aumenta com o aumento da frequência e valores fora dessa região podem afetar o desempenho.
COMPONENTES ELETRÔNICOS PARA FILTROS ATIVOS DE ALTA PASSAGEM
A escolha dos componentes eletrônicos usados em um filtro ativo passa-alta é fundamental para o bom funcionamento do circuito.
É importante que a largura de banda do filtro passa-altas esteja correta. Alterações nos valores dos componentes eletrônicos como resultado de sua tolerância podem alterar a largura de banda. Em alguns casos, isso pode não ser crítico, mas em outros pode ser. Durante o processo de projeto do circuito eletrônico, isso deve ser avaliado e os valores e tipos de componentes eletrônicos escolhidos de acordo.
Atualmente, os resistores de filme metálico estão disponíveis nos formatos de dispositivos 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, usar resistores de 2% é uma boa escolha. Outros tipos de resistor também podem ser usados, se disponíveis, mas verifique se a tolerância é adequada para o projeto de circuito eletrônico específico em questão.
Em termos de capacitores, capacitores eletrolíticos de alumínio não são uma boa escolha. Não só eles são polarizados, mas sua tolerância é muito pobre. Normalmente, os capacitores eletrolíticos de alumínio têm uma tolerância de -20% e +80%, portanto, não são precisos. Os capacitores eletrolíticos de tântalo também podem não ser adequados. Sua tolerância é melhor, mas geralmente não tão boa quanto o necessário e também são polarizadas.
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 cerâmico real, capacitores de tolerância muito alta estão disponíveis, embora novamente a tolerância real necessária dependa da aplicação.
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.
Ao usar o filtro passa-altas ativo do amplificador operacional, níveis mais altos de atenuação e roll-of mais acentuado podem ser alcançados em cascata de vários circuitos. O design também pode ser alterado para acomodar diferentes formas de filtro, embora os cálculos se tornem mais difíceis.
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