Filtros Eletricos: mudanças entre as edições

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=Fundamentos sobre Filtros Elétricos RC=
=Fundamentos sobre Filtros Elétricos RC=
==Objetivos==
==Objetivos==
Conhecer o princípio de funcionamento dos '''filtros elétricos RC passa baixa e passa alta'''.
Conhecer o princípio de funcionamento dos '''filtros elétricos RC passa baixa e passa alta'''.
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Os '''filtros elétricos''' mais simples podem ser construídos com elementos passivos, como '''resistores''' e '''capacitores''' ('''filtros RC''') ou '''resistores''' e '''indutores''' ('''filtros RL''').
Os '''filtros elétricos''' mais simples podem ser construídos com elementos passivos, como '''resistores''' e '''capacitores''' ('''filtros RC''') ou '''resistores''' e '''indutores''' ('''filtros RL''').


===Filtros RC===
==Filtros RC==
'''
'''
Com '''circuitos RC série''' é possível construir filtros elétricos '''passa baixa''' e '''passa alta'''. Os '''filtros''' operam sobre o '''divisor de tensão''' entre o '''resistor''' (R) e a '''reatância''' do '''capacitor''' (C).  
Com '''circuitos RC série''' é possível construir filtros elétricos '''passa baixa''' e '''passa alta'''. Os '''filtros''' operam sobre o '''divisor de tensão''' entre o '''resistor''' (R) e a '''reatância''' do '''capacitor''' (C).  
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A '''reatância''' é a oposição a passagem de corrente elétrica de '''capacitores''' e '''indutores''' em circuitos de corrente alternada. A '''reatância''' é um parâmetro que depende da '''frequência''' do sinal de corrente alternada.  
A '''reatância''' é a oposição a passagem de corrente elétrica de '''capacitores''' e '''indutores''' em circuitos de corrente alternada. A '''reatância''' é um parâmetro que depende da '''frequência''' do sinal de corrente alternada.  


Para um '''capacitor''' (C) '''reatância''' é dada por '''1/2πfC'''. Pela expressão pode-se ver que a '''reatância capacitiva''' varia '''inversamente''' proporcional a '''frequência''' (f), ou seja, se a frequência aumenta a reatância diminui e vice versa. Para '''corrente contínua''' (frequência zero) a '''reatância capacitiva''' tende ao infinito, ou seja, o '''capacitor''' se comporta como um '''circuito aberto'''. Já para '''altas frequências''' o '''capacitor''' se comporta como um '''curto circuito'''.
Para um '''capacitor''' (C) '''reatância''' é dada por
'''1/2πfC'''
Pela expressão pode-se ver que a '''reatância capacitiva''' varia '''inversamente''' proporcional a '''frequência''' (f), ou seja, se a frequência aumenta a reatância diminui e vice versa. Para '''corrente contínua''' (frequência zero) a '''reatância capacitiva''' tende ao infinito, ou seja, o '''capacitor''' se comporta como um '''circuito aberto'''. Já para '''altas frequências''' o '''capacitor''' se comporta como um '''curto circuito'''.


Na análise do '''divisor de tensão''' do '''filtro RC passa baixa''', verificamos que a medida que a frequência aumenta, a reatância do capacitor diminui, portanto, diminui a componente de tensão sobre o capacitor, consequentemente, a tensão de saída do filtro diminui. Para o '''filtro RC passa alta''' verificamos o contrário, a medida que a frequência aumenta, aumenta a tensão na saída do filtro.
Na análise do '''divisor de tensão''' do '''filtro RC passa baixa''', verificamos que a medida que a frequência aumenta, a reatância do capacitor diminui, portanto, diminui a componente de tensão sobre o capacitor, consequentemente, a tensão de saída do filtro diminui. Para o '''filtro RC passa alta''' verificamos o contrário, a medida que a frequência aumenta, aumenta a tensão na saída do filtro.
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[[Arquivo:FiltrosRC.png|500px]]
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A '''frequência de corte''' (f<sub>c</sub>) é definida como a frequência na qual a '''reatância capacitiva''' é igual a '''resistência''', ou seja R = 1/2&pi;f<sub>c</sub>C, que resulta:
A '''frequência de corte''' (f<sub>c</sub>) é definida como a frequência na qual a '''reatância capacitiva''' é igual a '''resistência''', ou seja
R = 1/2&pi;f<sub>c</sub>C
que resulta:
  f<sub>c</sub> = 1 / 2&pi;RC
  f<sub>c</sub> = 1 / 2&pi;RC
Na '''frequência de corte''' (f<sub>c</sub>) a amplitude da tensão de saída, tanto no '''filtro passa baixa''' quanto no '''passa alta''', cai a cerca de '''70,7%''' (&radic;2/2) da tensão de entrada.
Na '''frequência de corte''' (f<sub>c</sub>) a amplitude da tensão de saída, tanto no '''filtro passa baixa''' quanto no '''passa alta''', cai a cerca de '''70,7%''' (&radic;2/2) da tensão de entrada.


==Procedimentos Práticos==
==Filtros RL==
===Filtro passa baixa===
'''
#Identifique os '''resistores''' e '''capacitores''' a serem utilizados no experimento. Observe que os '''capacitores eletrolíticos''' tem polaridade, portanto, devem ser montados no circuito considerando os terminais positivo e negativo.
Com '''circuitos RL série''' é possível construir filtros elétricos '''passa baixa''' e '''passa alta'''. Os '''filtros''' operam sobre o '''divisor de tensão''' entre o '''resistor''' (R) e a '''reatância''' do '''indutor''' (L).
#Monte na '''matriz de contatos''' o '''filtro RC''' da figura, usando o resistor de 68&Omega; e o capacitor de 22uF: [[Arquivo:lab_filtroRC_PB.png|400px]] <ref name=lab_5/>
 
#Selecione o '''canal A''' do módulo '''Analog Devices M1K''' para '''Gerar Tensão/Medir Corrente''' e o '''canal B''' para '''Medir Voltagem'''.
Para um '''indutor''' (L) '''reatância''' é dada por
#Configure o '''canal A''' para gerar uma '''onda senoidal''' com 10 Hz de frequência e tensão variando de 0 V a 5 V. Observe no '''canal B''' a forma de onda sobre o capacitor.
'''2&pi;fL'''
#Gradualmente aumente a '''frequência''' da '''onda senoidal''' até 1000 Hz e observe no '''canal B''' a redução da amplitude da forma de onda sobre o capacitor.
Pela expressão pode-se ver que a '''reatância indutiva''' varia '''diretamente''' proporcional a '''frequência''' (f), ou seja, se a frequência aumenta a reatância aumenta e vice versa. Para '''corrente contínua''' (frequência zero) a '''reatância indutiva''' tende a zero, ou seja, o '''indutor''' se comporta como um '''curto circuito'''. Já para '''altas frequências''' o '''indutor''' se comporta como um '''circuito aberto'''.
#Ajuste a frequência da  '''onda senoidal''' no '''canal A''' até que a amplitude da onda no '''canal B''' seja 3,5 V, ou seja, 70,7% da amplitude da entrada (5 . 0,707 &asymp; 3,5).
 
Na análise do '''divisor de tensão''' do '''filtro RL passa alta''', verificamos que a medida que a frequência aumenta, a reatância do indutor aumenta, portanto, aumenta a componente de tensão sobre o indutor, consequentemente, a tensão de saída do filtro aumenta. Para o '''filtro RL passa baixa''' verificamos o contrário, a medida que a frequência aumenta, diminui a tensão na saída do filtro.


===Filtro passa alta===
[[Arquivo:FiltrosRL.png|500px]]
#Monte na '''matriz de contatos''' o '''filtro RC''' da figura, usando o resistor de 68&Omega; e o capacitor de 10uF.  Observe que o '''resistor''' está conectado a tensão de 2,5 V e não ao terra: [[Arquivo:lab_filtroRC_PA.png|400px]] <ref name=lab_5/>
 
#Configure o '''canal A''' para gerar uma '''onda senoidal''' com 10 Hz de frequência e tensão variando de 0 V a 5 V. Observe no '''canal B''' a forma de onda sobre o capacitor.
A '''frequência de corte''' (f<sub>c</sub>) é definida como a frequência na qual a '''reatância indutiva''' é igual a '''resistência''', ou seja
#Gradualmente aumente a '''frequência''' da '''onda senoidal''' até 1000 Hz e observe no '''canal B''' o aumento da amplitude da forma de onda sobre o capacitor.
R = 2&pi;f<sub>c</sub>L
#Ajuste a frequência da '''onda senoidal''' no '''canal A''' até que a amplitude da onda no '''canal B''' seja 3,5 V.
que resulta:
;Análise do circuito: É importante notar que o '''resistor''' no '''filtro passa alta''' está conectado a referência de tensão de 2,5 V e não ao terra. Isto é necessário pois o  '''filtro passa alta''' não permite a passagem de '''corrente contínua''' (CC), podendo ser visto como um circuito que remove a componente de corrente contínua do sinal. O nível tensão CC (2,5 V) do outro lado do resistor ajusta a componente CC da saída do filtro para o valor médio da excursão do sinal de saída, uma vez que não há componente contínua no sinal de saída. Se o resistor fosse referenciado ao terra, a saída alternada oscilaria com valores positivos e negativos em torno da referência zero.
  f<sub>c</sub> = R / 2&pi;L
Na '''frequência de corte''' (f<sub>c</sub>) a amplitude da tensão de saída, tanto no '''filtro passa baixa''' quanto no '''passa alta''', cai a cerca de '''70,7%''' (&radic;2/2) da tensão de entrada.


==Observações e Conclusões==
==Laboratório==
*'''Filtros elétricos''' são circuitos que permitem a passagem de terminadas '''frequências''' e limitam outras.
;[[Laboratorio: Filtros Eletricos|Laboratório: Filtros Elétricos]]:
*Filtros simples podem ser construídos com componentes passivos, como os '''filtros RC''' e '''filtros RL'''.
*Na '''frequência de corte''' dos filtros a tensão da saída atinge 70,7% da tensão da entrada.
*'''Detectores de pico''' podem ser utilizados para verificar a amplitude máxima da tensão de saída de um filtro.


==Referências==
==Referências==
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[[Usuário:Root|Root]] ([[Usuário Discussão:Root|discussão]]) 08h58min de 1 de outubro de 2021 (-03)
[[Usuário:Evandro.cantu|Evandro.cantu]] ([[Usuário Discussão:Evandro.cantu|discussão]]) 16h38min de 1 de outubro de 2021 (-03)
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[[Categoria:Eletrônica]] [[Categoria:IoT]]
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Edição atual tal como às 18h47min de 18 de outubro de 2021

Fundamentos sobre Filtros Elétricos RC

Objetivos

Conhecer o princípio de funcionamento dos filtros elétricos RC passa baixa e passa alta.

Fundamentos sobre Filtros Elétricos

Filtros elétricos são circuitos que permitem filtrar determinadas frequências de um sinal CA permitindo a passagem de algumas frequências e limitando a passagem de outras. A frequência de transição entre as frequências permitidas e as não permitidas é chamada frequência de corte (fc).

Um filtro que permite a passagem de frequências abaixo da frequência de corte é chamado de filtro passa baixa e um filtro que permite a passagem de frequências a acima frequência de corte é chamado de filtro passa alta.

Os filtros elétricos mais simples podem ser construídos com elementos passivos, como resistores e capacitores (filtros RC) ou resistores e indutores (filtros RL).

Filtros RC

Com circuitos RC série é possível construir filtros elétricos passa baixa e passa alta. Os filtros operam sobre o divisor de tensão entre o resistor (R) e a reatância do capacitor (C).

A reatância é a oposição a passagem de corrente elétrica de capacitores e indutores em circuitos de corrente alternada. A reatância é um parâmetro que depende da frequência do sinal de corrente alternada.

Para um capacitor (C) reatância é dada por 

1/2πfC

Pela expressão pode-se ver que a reatância capacitiva varia inversamente proporcional a frequência (f), ou seja, se a frequência aumenta a reatância diminui e vice versa. Para corrente contínua (frequência zero) a reatância capacitiva tende ao infinito, ou seja, o capacitor se comporta como um circuito aberto. Já para altas frequências o capacitor se comporta como um curto circuito.

Na análise do divisor de tensão do filtro RC passa baixa, verificamos que a medida que a frequência aumenta, a reatância do capacitor diminui, portanto, diminui a componente de tensão sobre o capacitor, consequentemente, a tensão de saída do filtro diminui. Para o filtro RC passa alta verificamos o contrário, a medida que a frequência aumenta, aumenta a tensão na saída do filtro.

A frequência de corte (fc) é definida como a frequência na qual a reatância capacitiva é igual a resistência, ou seja 

R = 1/2πfcC

que resulta: 

fc = 1 / 2πRC

Na frequência de corte (fc) a amplitude da tensão de saída, tanto no filtro passa baixa quanto no passa alta, cai a cerca de 70,7% (√2/2) da tensão de entrada.

Filtros RL

Com circuitos RL série é possível construir filtros elétricos passa baixa e passa alta. Os filtros operam sobre o divisor de tensão entre o resistor (R) e a reatância do indutor (L).

Para um indutor (L) reatância é dada por 

2πfL

Pela expressão pode-se ver que a reatância indutiva varia diretamente proporcional a frequência (f), ou seja, se a frequência aumenta a reatância aumenta e vice versa. Para corrente contínua (frequência zero) a reatância indutiva tende a zero, ou seja, o indutor se comporta como um curto circuito. Já para altas frequências o indutor se comporta como um circuito aberto.

Na análise do divisor de tensão do filtro RL passa alta, verificamos que a medida que a frequência aumenta, a reatância do indutor aumenta, portanto, aumenta a componente de tensão sobre o indutor, consequentemente, a tensão de saída do filtro aumenta. Para o filtro RL passa baixa verificamos o contrário, a medida que a frequência aumenta, diminui a tensão na saída do filtro.

A frequência de corte (fc) é definida como a frequência na qual a reatância indutiva é igual a resistência, ou seja 

R = 2πfcL

que resulta: 

fc = R / 2πL

Na frequência de corte (fc) a amplitude da tensão de saída, tanto no filtro passa baixa quanto no passa alta, cai a cerca de 70,7% (√2/2) da tensão de entrada.

Laboratório

Laboratório: Filtros Elétricos

Referências


Evandro.cantu (discussão) 16h38min de 1 de outubro de 2021 (-03)

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