Laboratorio M1K Analog Devices: Filtros Eletricos

Laboratório: Introdução aos filtros elétricos

Este laboratório foi baseado no material disponibilizado pela Analog Devices, fabricante do módulo educacional M1K Analog Devices:

Objetivos

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

Construir circuitos detectores de pico, com diodos e capacitores, visando detectar a máxima amplitude do sinal de saída de um filtro elétrico.

Equipamento e Materiais

• Modulo Analog Devices M1K e software Pixelpulse
• Componentes Eletrônicos:
  • Resistores: 68Ω,100Ω 10KΩ, 200KΩ
  • Capacitores: 10uF, 22uF e 47uF
  • Leds
  • Diodo 1N914
  • Circuito Integrado AD8561

Procedimentos Práticos

Filtro passa baixa

1. 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.
2. Monte na matriz de contatos o filtro RC da figura, usando o resistor de 68Ω e o capacitor de 22uF:
3. Selecione o canal A do módulo Analog Devices M1K para Gerar Tensão/Medir Corrente e o canal B para Medir Voltagem.
4. 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.
5. 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.
6. Ajuste a frequência da onda senoidal no canal A até que a amplitude da onda no canal B seja 3,5 V.

Filtro passa alta

1. Monte na matriz de contatos o filtro RC da figura, usando o resistor de 68Ω e o capacitor de 10F:
2. 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.
3. 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.
4. Ajuste a frequência da onda senoidal no canal A até que a amplitude da onda no canal B seja 3,5 V.

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 (f_c).

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

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 baixas e passa altas. 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 a reatância é dada por 1/2πfC. Pela expressão pode-se ver que a reatância capacitiva varia inversamente proporcional a frequência, 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.

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

A frequência de corte (f_c) é definida como a frequência na qual a reatância capacitiva é igual a resistência, ou seja R = 1/2πf_cC, que resulta:

fc = 1 / 2πRC

Observações e Conclusões

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Referências

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Evandro.cantu (discussão) 10h03min de 13 de julho de 2020 (-03)

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