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ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 EXPERIMENTO 6 - CIRCUITOS ATIVOS PARA SELEÇÃO DE FREQUÊNCIA: PASSA-BAIXAS E PASSA -ALTAS EXPERIMENTO 7 -TOPOLOGIAS SALLEN-KEY E REALIMENTAÇÃO MÚLTIPLA PARA IMPLEMENTAÇÃO DE FILTROS ATIVOS EXPERIMENTO 8 - CIRCUITOS SUBMETIDOS A ONDAS NÃO-SENOIDAIS Resumo: A realização desse relatório visa aplicar os conceitos teóricos sobre os estudos de filtros ativos na revisão dos conhecimentos adquiridos ao longo do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais. Com o auxílio dos softwares de simulação utilizados, foi possível a montagem de circuitos com inúmeros componentes com facilidade, custo zero, e segurança, possibilitando a análise completa dos filtros discutidos a seguir. A partir do uso dos aparelhos de medição, tais como multímetros e osciloscópios, as grandezas de relevância dos circuitos, como tensão de saída e defasagem entre sinais foram obtidas, para servirem como parâmetro nos cálculos e resultados dos experimentos. Logo, alguns conceitos retratados são necessários ao entendimento do presente relatório, como: o conhecimento da escala em decibéis, manipulação da função de transferência, entre outros. Um dos experimentos visa retratar o funcionamento de um filtro passa-baixas quando sua entrada se dá por uma onda não-senoidal, no caso em específico uma onda quadrada, simulações variando a frequência da alimentação mostram o que acontece com o sinal de saída. Depois das simulações, é perceptível que os resultados medidos estão de acordo com os valores calculados previamente, mostrando que os fundamentos aplicados estão de acordo. Palavras-chave: Filtros, passa-baixas, passa-altas, Chebyshev, onda quadrada. Introdução Filtros são circuitos corriqueiros e essenciais no dia a dia atual, por fazerem parte de qualquer circuito de condicionamento de sinais. A presença de um filtro adequado ao circuito é praticamente obrigatória para um sistema ser robusto e confiável, seja prevenindo ruídos, sinais indesejados presentes no ambiente (frequência da rede elétrica), ou limitando a faixa de frequências de um sinal, para que o mesmo possa ser digitalizado por um dado componente eletrônico-digital. Dentre as várias funcionalidades dos filtros (passa baixas, passa altas, rejeita faixa, passa faixa, etc), neste presente relatório debruçarmos sobre os principais circuitos de primeira ordem: filtro passa-baixas e filtro passa-altas (prática 6); discutimos e apresentamos diferentes implementações de um mesmo filtro passa-baixas de 2ª ordem, com implementações denominadas Sallen-Key e Múltiplo-FeedBack (prática 7); e por fim, analisamos o comportamento da resposta de filtros á sinais não senoidais, como uma onda quadrada (prática 8). A) Circuito Passa-Baixas Ativo Figura 1: Esquemático de um filtro ativo na configuração passa-baixas. Fonte: Autoria do Professor Carlos Andrey Maia [2]. Para compreendermos o funcionamento do circuito da figura 1, precisamos, primeiramente e sobretudo, deduzir sua função de transferência, para verificarmos se realmente se trata de um circuito passa-baixas. Assim, tendo como terminal de saída o channel 2 (CH2), e de entrada channel 1 (CH1), temos como função de transferência: ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 𝑉 𝐶𝐻1 𝑅 1 =− 𝑉 𝐶𝐻2 𝑍 𝑓 (𝑠) .: 𝐻(𝑠) = 𝑉 𝐶𝐻2 𝑉 𝐶𝐻1 =− 𝑍 𝑓 (𝑠) 𝑅 1 Sendo a impedância da realimentação do𝑍 𝑓 (𝑠) amplificador. Assim, sabendo que se trata de um paralelo entre a impedância de um capacitor e um resistor, obtemos a função de transferência. (1) 𝐻(𝑠) =− 𝑅 2 𝑅 1 · 11+𝐶𝑅 2 𝑠 Onde . Assim, vemos que𝑠 = 𝑗ω = 𝑗 · 2π𝑓 aumentando a frequência do sinal, o denominador torna-se maior, e como consequência, a razão torna-se menor. Assim, deduzimos a expressão da função de transferência e verificamos que se trata de um filtro passa-baixas. Como diferencial em relação ao filtro passa baixos passivo, vemos que o circuito possui um ganho em banda passante dado por . 𝑅 2 𝑅 1 Tendo a função de transferência em mãos, obtemos facilmente as expressões de módulo, em V/V e em decibéis, como uma função da frequência .𝑓 𝐻(𝑓) =− 𝑅 2 𝑅 1 · 11+𝐶𝑅 2 𝑗2π𝑓 (2) .: |𝐻(𝑓)| = 𝑅 2 𝑅 1 · 1 1+(𝐶𝑅 2 2π𝑓)2 .: |𝐻(𝑓)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔( 𝑅 2 𝑅 1 · 1 1+(𝐶𝑅 2 2π𝑓)2 ) Para fase, obtemos: (3)ϕ(𝑓) =− 𝑡𝑎𝑛−1(𝐶𝑅 2 2π𝑓) Por se tratar de um filtro, outra variável de interesse prático para o planejamento de um projeto de circuito, é a frequência de corte do filtro, que corresponde à frequência-limite, da qual sinais mais frequentes que a frequência de corte ( ) são cada𝑓 𝑐 vez mais atenuados, em comparação ao sinal de banda-passante. Para tal filtro, a frequência de corte é dada por: (4)𝑓 𝑐 = 12π𝐶𝑅 2 Em filtros passivos, a banda passante representava a faixa de frequência cujos sinais não eram atenuados. No entanto, em filtros ativos, em específico filtros passa baixa com a configuração mostrada na figura 1, na banda passante, os sinais recebem um ganho de V/V. 𝑅 2 𝑅 1 B. Circuito Passa-Altas Ativo Os filtros ativos servem para atender situações em que as três principais limitações dos filtros passivos se tornam relevantes. Sendo elas: não poderem gerar ganho superior a 1 e nem acrescentar energia ao circuito; precisarem, talvez, de indutores volumosos e caros; e apresentarem um fraco desempenho em frequência abaixo do intervalo da audiofrequência. Esses filtros são formados por associações de resistores, capacitores e amplificadores operacionais, além de apresentar algumas vantagens em relação aos filtros RLC. São menores e mais baratos, por não precisarem de indutores, tornando factível a construção de filtros com circuitos integrados; são capazes de fornecer ganho de amplificador, além de fornecer a mesma resposta de frequência que aquela obtida com filtros RLC; e podem ser associados a amplificadores com buffers para isolar cada estágio do filtro de efeitos de impedância de carga e de fonte. Entretanto, os filtros ativos são menos confiáveis e menos estáveis, tendo um limite prático, na maioria dos filtros ativos, em cerca de 100 kHz. A maioria dos filtros opera abaixo dessa frequência. É possível observar através da figura 2, o modelo básico de um filtro passa-altas ativo. Figura 2: Modelo do circuito passa-altas ativo. Fonte: Fundamentos de Circuitos Elétricos [1]. A função de transferência desse modelo básico se dá através da equação 5. (5) 𝐻(𝜔) = 𝑉𝑜𝑉𝑖 = − 𝑍𝑓 𝑍𝑖 ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 De modo que, substituindo os componentes. (6) 𝐻(𝜔) = − 𝑅𝑓𝑅𝑖 + 1/𝑗𝜔𝐶𝑖 = − 𝑗𝜔𝐶𝑖𝑅𝑓 1 + 𝑗𝜔𝐶𝑖𝑅𝑖 Pode-se concluir, que a frequência de corte é dada pela equação 7 abaixo. (7) 𝜔 𝑐 = 1𝑅𝑖𝐶𝑖 C. Configuração Sallen-Key Provavelmente essa topologia é a mais conhecida no meio acadêmico. Possui função de transferência de fácil obtenção (devido a realimentação única), possibilidade de promover um ganho positivo ao sinal de entrada, e se necessário, possui um conjunto de equações simplificadas, desde que possua componentes iguais (como um mesmo valor de resistores, por exemplo). Tal configuração é mostrada na figura 3 a seguir. Figura 3: Esquemático de um filtro ativo na configuração passa-baixas com topologia Sallen-Key. Fonte: Material disponibilizado pela empresa Texas Instruments [4]. A função de transferência de tal circuito,é mostrada abaixo: 𝐻(𝑓) = 𝑅 3 +𝑅 4 𝑅 3 (𝑗2π𝑓)2(𝑅 1 𝑅 2 𝐶 1 𝐶 2 )+𝑗2π𝑓(𝑅 1 𝐶 1 +𝑅 2 𝐶 1 +𝑅 1 𝐶 2 (− 𝑅 4 𝑅 3 ))+1 (8) Apesar de complicada, usualmente utilizamos a equação simplificada, para componentes iguais. No entanto, neste presente relatório, utilizaremos uma ferramenta computacional que automaticamente encontrará o melhor filtro com nossas especificações, permitindo assim, uma análise menos desgastante do ponto de vista matemático. Tal ferramenta é oferecida pela companhia Texas Instruments e pode ser encontrada em [4]. Para o filtro da figura 3, a frequência de corte é dada por: (9)𝑓 𝑐 = 1 2π 𝑅 1 𝑅 2 𝐶 1 𝐶 2 D. Configuração Realimentação-Múltipla Tal topologia é menos utilizada no âmbito acadêmico por possuir mais de uma realimentação (dificultando a obtenção analítica da função de transferência) e ganho inversor. Entretanto, essa configuração costuma utilizar menos componentes que a configuração Sallen-Key. O filtro com realimentação múltipla pode ser observado na figura 4 abaixo. Figura 4: Esquemático de um filtro ativo na configuração passa-baixas com topologia MFB (Multiple-FeedBack). Fonte: Material disponibilizado pela empresa Texas Instruments [4]. Essa configuração possui como função de transferência e frequência de corte, respectivamente, as seguintes relações: 𝐻(𝑓) = − 𝑅 2 𝑅 1 (𝑗2π𝑓)2(𝑅 2 𝑅 3 𝐶 1 𝐶 2 )+𝑗2π𝑓(𝑅 3 𝐶 1 +𝑅 2 𝐶 1 +( 𝑅 2 𝑅 3 𝐶 1 𝑅 1 ))+1 (10) (11)𝑓 𝑐 = 1 2π 𝑅 2 𝑅 3 𝐶 1 𝐶 2 Vemos através do numerador da equação 10, o motivo de tal configuração possuir ganho inversor. Objetivos 1. Observar e analisar o comportamento de circuitos ativos de seleção de frequência, quando submetidos ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 a tensões senoidais de diferentes frequências. Obter a resposta em frequência de amplitude e de fase e comparar resultados obtidos com fornecidos por outras ferramentas computacionais. Simular em ambiente análogo ao laboratório, os filtros discutidos no presente relatório. 2. Comparar o comportamento de filtros ativos de segunda ordem implementados com topologias Sallen-Key e Realimentação Múltipla, quando submetidos a tensões senoidais de diferentes frequências. Compreender a resposta em frequência de um filtro a partir de sua função de transferência. Obter a resposta em frequência de amplitude e de fase, e comparar resultados obtidos com fornecidos por outras ferramentas computacionais, e realizar sua implementação efetiva em bancada (com auxílio do software TinkerCad). 3. Analisar a resposta de um filtro passa-baixas quando submetido a uma onda quadrada com diferentes frequências. Materiais e métodos Por se tratar de uma matéria ofertada no formato híbrido, os principais materiais utilizados são softwares e ferramentas de simulação, de forma a aproximar ao máximo o ambiente virtual de aprendizagem do funcionamento do Laboratório de Circuitos Elétricos II da Universidade Federal de Minas Gerais. Dessa forma, neste presente relatório, foi utilizado o simulador Multisim (National Instruments) e seus componentes para fins acadêmicos, visando obter assim, um ambiente de simulação acessível, completo e fidedigno para a montagem de circuitos elétricos. Como ferramentas auxiliares, utilizamos o simulador TinkerCad [3] para montagem em protoboard. No ambiente do Multisim, foi utilizado como elementos chave os seguintes componentes: ● Cargas: resistores, indutores e capacitores; ● Fontes: alimentação alternada monofásica; ● Dispositivos Eletrônicos, como amplificadores operacionais; ● Equipamentos de leitura: multímetro, e osciloscópio. Apesar de apresentarem composição e análise semelhantes, os filtros a seguir apresentam diferentes equações, e portanto, optamos por realizar análise dos mesmos separadamente. A. Circuito Passa-Baixas Ativo Como se deseja realizar a especificação de componentes para um filtro cuja frequência de corte seja de 1 kHz, através da equação 4, obtemos a seguinte relação: (12)𝐶𝑅 2 = 159. 15 × 10−6 Além disso, outro requisito do projeto é que o circuito possua ganho de 5 V/V em sua banda passante. Assim, de acordo com a expressão apresentada anteriormente, temos (13)𝑅 2 = 5 · 𝑅 1 Assim, temos três incógnitas ( ) e𝐶, 𝑅 1 𝑒 𝑅 2 somente duas equações, de forma que precisamos definir um valor arbitrário para uma das grandezas, para em seguida determinar o valor das demais. Portanto, escolhendo-se um valor comercial de capacitor, encontramos os valores dos resistores, que possuem mais oferta de valores no mercado. Assim, para , temos , e por fim𝐶 = 47𝑛𝐹 𝑅 2 = 3. 4 𝑘Ω . Com tais dados, refazemos o circuito𝑅 1 = 680Ω da figura 1 na figura 5 abaixo. Figura 5: Esquemático do filtro passa-baixas ativo com frequência de corte em 1kHz e ganho em banda passante de 5 V/V. Fonte: Elaboração própria. Através do simulador MultiSim, podemos, através de simulações sucessivas, obter a resposta em frequência desse circuito (módulo e fase). Assim como ilustrado na figura 1, utilizaremos os terminais CH1 e CH2 como terminais conectores. Para avaliar o módulo, utilizaremos multímetros, como ilustrado na figura 6 a seguir, e para avaliar a fase, será necessária a utilização de um osciloscópio, como mostrado na figura 7. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Figura 6: Simulação do filtro passa-baixas ativo para frequência , com frequência de corte em𝑓 = 10 𝑘𝐻𝑧 1kHz e ganho em banda passante de 5 V/V. Fonte: Elaboração própria. Figura 7: Osciloscópio do filtro passa-baixas ativo para com frequência de corte em 1kHz𝑓 = 100 𝐻𝑧 e ganho em banda passante de 5 V/V. Fonte: Elaboração própria. Conhecendo a tensão de saída e a tensão de entrada (CH2 e CH1, respectivamente), sabemos que o módulo da função é dado pela razão entre tais valores (sua conversão em dB necessita da utilização do logaritmo). A expressão da fase é um pouco menos intuitiva, pois necessita da conversão de um dado temporal (diferença entre duas cristas ou dois vales consecutivos dos sinais de entrada e saída), para uma defasagem angular. Isso é obtido através da relação a seguir (14), no qual é a frequência do sinal da𝑓 fonte, e a defasagem informada pelo simulador.∆𝑡 (14)ϕ(𝑓) = 360𝑓 · ∆𝑡 Sabendo que a frequência de corte é 1 kHz, escolhemos 5 valores de frequência acima e 5 valores abaixo, ao longo de duas décadas, centradas em . As frequências foram escolhidas de forma a𝑓 𝑐 ficarem igualmente espaçadas ao longo do eixo logarítmico horizontal, portanto, não há um padrão de acréscimo das mesmas. Após as repetidas simulações, dispusemos os dados obtidos de forma tabular a seguir, na tabela 1. B. Circuito Passa-Altas Ativo Em seguida, o mesmo modelo de experimento foi realizado para o circuito passa-altas, para isso, a posição do capacitor foi modificada, os valores dos componentes sofreram variações, mas o valor da tensão de alimentação foi mantido. A figura 8 a seguir mostra o circuito disponibilizado pelo professor para a simulação do experimento. Figura 8: Modelo do circuito passa-altas ativo disponibilizado pelo professor. Fonte: Autoria do Professor Carlos Andrey Maia [2]. Então, tendo como base o circuito proposto, o mesmo foi montado no software de simulação. A figura 9 a seguir mostra o circuito já montado na ferramenta online. Figura 9: Circuito passa-altas ativo simulado no Multisim. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Fonte: Elaboração própria. O circuito será o mesmo para todas simulações referentesa esse modelo, variando apenas a frequência na fonte de alimentação. Vale lembrar que, a ferramenta Tinkercad também foi utilizada, e o circuito montado nela está representado na figura 10 abaixo. Figura 10: Circuito passa-altas ativo simulado no Tinkercad. Fonte: Elaboração própria. Dando prosseguimento a prática 7, apesar de se tratar de circuitos com a mesma funcionalidade (filtro passa-baixas de 2ª ordem), devido a suas particularidades e para maior entendimento, trabalhamos separadamente com suas análises. O projeto a ser desenvolvido é de um filtro com as seguintes especificações: ● 2ª ordem; ● 1 dB de ripple em banda-passante; ● Frequência de corte em 1 kHz; ● Aproximação de Chebyshev; ● Ganho em banda-passante de 5V/V. C. Configuração Sallen-Key Com base em sua função de transferência, apresentada na equação 8, podemos obter sua resposta em frequência de módulo e fase, respectivamente, dadas pelas equações 15 e 16, a seguir. |𝐻(𝑓)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔( 𝑅 3 +𝑅 4 𝑅 3 (1−4π2𝑓2(𝑅 1 𝑅 2 𝐶 1 𝐶 2 ))2+(2π𝑓(𝑅 1 𝐶 1 +𝑅 2 𝐶 1 +𝑅 1 𝐶 2 (− 𝑅 4 𝑅 3 ) (15) (16)ϕ(𝑓) =− 𝑡𝑎𝑛−1( 2π𝑓(𝑅 1 𝐶 1 +𝑅 2 𝐶 1 +𝑅 1 𝐶 2 (− 𝑅 4 𝑅 3 )) 1−4π2𝑓2(𝑅 1 𝑅 2 𝐶 1 𝐶 2 ) ) Para implementação do projeto de filtro, utilizamos o software FilterPro Desktop e inserimos os requisitos discutidos acima. Como resultado, a ferramenta nos fornece os valores de componentes disponíveis na figura 11 abaixo. Figura 11: Filtro Sallen-Key fornecido pelo software FilterPro Desktop. Fonte: FilterPro Desktop [5]. Para verificar seu correto funcionamento, implementamos o circuito no MultiSim e o simulamos repetidas vezes, para 11 valores de frequência, de modo a obter pares ordenados (frequência, módulo). Com tais pares e uma ferramenta gráfica, obtemos a resposta em frequência do circuito. Analogamente, utilizaremos a defasagem temporal entre o sinal de entrada e o sinal de saída, para obter pares (frequência, fase) e com isso, a resposta em frequência da fase do circuito. As frequências selecionadas na simulação não possuem um padrão, foram selecionadas aleatoriamente de forma a obter pontos aproximadamente igualmente espaçados no eixo, mesmo tendo como eixo horizontal a frequência em escala logarítmica. As frequências estão dispersas ao longo de duas décadas, centradas na frequência de corte. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Figura 12: Simulação e esquemático do filtro Sallen-Key, para .𝑓 = 100 𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. Tendo a partir do multímetro a amplitude do sinal de saída, e conhecendo a amplitude do sinal de entrada (1 Vrms), podemos determinar o módulo do circuito para dada frequência aplicando a expressão a seguir: (17)|𝐻(𝑓)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔 ( 𝑉 𝑜𝑢𝑡 𝑉 𝑖𝑛 ) Assim, para 100 Hz, temos: |𝐻(100)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔 (5. 037) = 14. 0 𝑑𝐵 Após repetidas simulações, o resultado obtido foi disposto na segunda coluna da tabela 1. Para medição da fase, foi utilizado o osciloscópio digital do MultiSim. Para encontrar a diferença temporal entre os sinais, utilizou-se o recurso “GO TO NEXT Y MAX” que permite selecionar automaticamente as cristas dos sinais. No canto inferior esquerdo, no campo “T2-T1” ( ) está∆𝑡 indicado o atraso de tempo entre os sinais. A conversão entre tempo e ângulo é feita a partir da expressão a seguir. (18)ϕ(𝑓) = 360 · 𝑓 · ∆𝑡 Figura 13: Osciloscópio do filtro Sallen-Key, para .𝑓 = 160 𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. Assim, para 160 Hz, temos: ϕ(160) = 360 · 160 · (− 189. 394 × 10−6) =− 10. 9º Analogamente, os resultados obtidos após as simulações estão dispostos na terceira coluna da tabela 3. Por fim, implementamos o circuito em protoboard no ambiente TinkerCad. Tal simulação é a mais próxima da realidade no laboratório, pois toda a montagem dos componentes e ligações é feita manualmente. O circuito do filtro passa baixa Sallen-Key é mostrado abaixo. Figura 14: Simulação e montagem do filtro Sallen-Key, para .𝑓 = 100 𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Através da análise do sinal no osciloscópio, vemos que o mesmo ocupa aproximadamente 7 divisões, cujo total (10) representa 20 V. Assim: 𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 0. 7 · 20 𝑉 = 14 𝑉 𝑉 𝑝 = 7 𝑉 .: 𝑉 𝑟𝑚𝑠 = 4. 95 𝑉 |𝐻(100)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔 (4. 95) = 13. 9 𝑑𝐵 Tal como esperado. A mesma análise pode ser feita para diferentes e distantes valores de frequência, para ratificar o funcionamento. As demais simulações estão dispostas a seguir. Figura 15: Simulação e montagem do filtro Sallen-Key, para .𝑓 = 7500 𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. 𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 0. 64 · 400 𝑚𝑉 = 256 𝑚𝑉 𝑉 𝑝 = 128 𝑚𝑉 .: 𝑉 𝑟𝑚𝑠 = 90. 5 𝑚𝑉 |𝐻(7500)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔 (90. 5 × 10−3) =− 20. 9 𝑑𝐵 D. Configuração Realimentação-Múltipla A partir da sua função de transferência, apresentada na equação 3, podemos obter sua resposta em frequência de módulo e fase, respectivamente, dadas pelas equações 9 e 10, a seguir. |𝐻(𝑓)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔( 𝑅 2 𝑅 2 (1−4π2𝑓2(𝑅 2 𝑅 3 𝐶 1 𝐶 2 ))2+(2π𝑓(𝑅 3 𝐶 1 +𝑅 2 𝐶 1 +( 𝑅 2 𝑅 3 𝐶 1 𝑅 1 )))2 (19) ϕ(𝑓) = 90º − 𝑡𝑎𝑛−1( 2π𝑓(𝑅 3 𝐶 1 +𝑅 2 𝐶 1 +( 𝑅 2 𝑅 3 𝐶 1 𝑅 1 )) 1−4π2𝑓2(𝑅 2 𝑅 3 𝐶 1 𝐶 2 ) ) (20) Novamente, a partir do software FilterPro Desktop, com as mesmas especificações de projeto, obtemos os valores de componentes disponíveis na figura 16 abaixo. Figura 16: Filtro MFB fornecido pelo software FilterPro Desktop. Fonte: FilterPro Desktop [5]. Analogamente, o circuito acima foi simulado no ambiente MultiSim, para o mesmo conjunto de frequências, de forma a ser possível comparar a performance dos mesmos, sob a influência dos mesmos sinais. O único diferencial utilizado em relação à configuração Sallen-Key, é que por a configuração MFB possuir ganho inversor, os terminais do osciloscópio, durante o processo de medição da fase, foram conectados com polarização inversa (figura 17). Figura 17: Esquemático do filtro MFB, para .𝑓 = 100 𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Ao final das simulações para o filtro MFB, o resultado tanto de módulo quanto de fase foi disposto nas colunas 2 e 3 da tabela 4, respectivamente. A implementação no ambiente TinkerCad do filtro de segunda ordem na configuração Realimentação múltipla é ilustrado a seguir. Como foi anteriormente discutido, o circuito de Realimentação Múltipla possui menos componentes que o Sallen-Key. Assim, ao analisar os circuitos deste presente relatório, pode-se rapidamente identificar a qual configuração o mesmo pertence pelo número de resistores: Sallen-Key (4) e MFB (3). Figura 18: Simulação e montagem do filtro MFB, para .𝑓 = 280 𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. Através da análise do sinal no osciloscópio, vemos que o mesmo ocupa aproximadamente 7,4 divisões, cujo total (10) representa 20 V. Assim: 𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 0. 74 · 20 𝑉 = 14. 8 𝑉 𝑉 𝑝 = 7. 4 𝑉 .: 𝑉 𝑟𝑚𝑠 = 5. 23 𝑉 |𝐻(280)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔 (5. 23) = 14. 4 𝑑𝐵 Figura 19: Simulação e montagem do filtro MFB, para .𝑓 = 4400 𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. 𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 0. 84 · 1 𝑉 = 0. 84 𝑉 𝑉 𝑝 = 0. 42 𝑉 .: 𝑉 𝑟𝑚𝑠 = 0. 29 𝑉 |𝐻(4400)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔 (0. 29) =− 10. 5 𝑑𝐵 Correspondendo a valores próximos, senão iguais, aos valores esperados. E. Passa-Baixas com Alimentação Não-Senoidal .Por fim, o modelo de filtro passa-baixas foi proposto, mas com uma entrada de alimentação de formade onda não-senoidal, para isso, foi utilizada uma onda quadrada. A figura 20 a seguir mostra o circuito disponibilizado pelo professor para a simulação do experimento. Figura 20: Modelo do circuito passa-baixas com alimentação não-senoidal disponibilizado pelo professor. Fonte: Autoria do Professor Carlos Andrey Maia [2]. Então, tendo como base o circuito proposto, o mesmo foi montado no software de simulação. A figura 21 a seguir mostra o circuito já montado na ferramenta online. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Figura 21: Circuito passa-baixas com alimentação não-senoidal simulado no Multisim. Fonte: Elaboração própria. O circuito será o mesmo para todas simulações referentes a esse modelo, variando apenas a frequência na fonte de alimentação. Vale lembrar que, a ferramenta Tinkercad também foi utilizada, e o circuito montado nela está representado na figura 22 abaixo. Figura 22: Circuito passa-baixas com alimentação não-senoidal simulado no Tinkercad. Fonte: Elaboração própria. Resultados A. Circuito Passa-Baixas Ativo Tabela 1: Resultados das simulações sucessivas do filtro ativo passa-baixas. Frequência (Hertz) Módulo (dB) Fase (º) 100 13.9 170 160 13.9 181 280 13.6 172 440 13.2 158 750 12 146 1000 10.9 135 1600 8.4 122 2800 4.4 113 4400 0.8 99 7500 -3.7 90 10000 -6.2 90 A partir dos dados condensados na tabela 1 acima, podemos fornecê-lo a um software que trace esse conjunto de informações em um formato visual gráfico, para rápida análise. Neste presente relatório, utilizamos o Excel como ferramenta para produção gráfica. Assim, o gráfico de módulo é apresentado na figura 23 a seguir, e a fase na figura 24 seguinte. Figura 23: Gráfico de Módulo do filtro passa-baixas ativo, feito com os dados da tabela 1, no Excel. Fonte: Elaboração própria. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Figura 24: Gráfico de Fase do filtro passa baixas ativo, feito com os dados da tabela 1, no Excel. Fonte: Elaboração própria. Vemos assim, que realmente𝑓 = 1 𝑘𝐻𝑧 corresponde a frequência de corte do circuito da figura 1. Outro que reforça tal afirmação, é que a frequência de corte (analogamente ao filtro passivo), possui uma perda de magnitude de . No1/ 2 entanto, como o filtro ativo permite ganho acima de 1 V/V, a magnitude da frequência se torna o ganho G dividido por raiz de dois. Assim: |𝐻(1𝑘𝐻𝑧)| 𝑑𝐵 = 20 · 𝑙𝑜𝑔 ( 5 2 ) = 10. 97 𝑑𝐵 Estando assim, condizente com o valor obtido através de simulação. Além disso, podemos nos aproximar mais da prática de bancada usando o simulador TinkerCad. Nele, podemos simular em protoboard, o circuito do esquemático 1, da mesma forma que no laboratório da UFMG. Assim, para o esquemático da figura 5, obtemos: Figura 25: Circuito da figura 5 simulado no TinkerCad. Fonte: Elaboração própria. Na figura, deve-se manter atento às conexões: foi-se utilizada a junção das fontes de alimentação com suas polaridades trocadas, de forma a se obter uma alimentação simétrica no amplificador operacional, e nessa junção, estão referenciados todos os terminais de terra do circuito. É interessante salientar que o código de cores dos resistores estão indicados corretamente pelo software. Simulando para uma frequência ,𝑓 = 100 𝐻𝑧 obtemos o resultado abaixo. Figura 26: Simulação no TinkerCad do filtro passa baixas ativo, para e .𝑓 𝑐 = 1 𝑘𝐻𝑧 𝑓 = 100 𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. A foto deixa claro o bom funcionamento da alimentação simétrica (+15 V e -15 V). No canto superior esquerdo, vemos o gerador de sinal cujas configurações são: sinal senoidal, 100 Hz, 2.83V pico à pico (1V eficaz) e offset nulo. O osciloscópio superior ilustra tal fato: o sinal ocupa cerca de 6.4 das 10 divisões, cujo total correspondem a 4V, assim e𝑉 𝑝𝑝 = 0. 64 · 4𝑉 = 2. 56 𝑉 𝑝𝑝 .: 𝑉 𝑝 = 1. 28 𝑉 .𝑉 𝑟𝑚𝑠 = 0. 91𝑉 Já o osciloscópio inferior informa que o sinal de saída ocupa novamente cerca de 6.4 das 10 divisões, cuja excursão total corresponde a 20 V, assim e𝑉 𝑝𝑝 = 0. 64 · 20𝑉 = 12. 8 𝑉 𝑝𝑝 .: 𝑉 𝑝 = 6. 4 𝑉 finalmente . Fazendo a razão entre as𝑉 𝑟𝑚𝑠 = 4. 53 𝑉 tensões de saída e de entrada e aplicando logaritmo, obtemos o módulo da função para esta frequência como 13.9 dB, exatamente como observado no simulador MultiSim. Novamente, utilizando agora ,𝑓 = 𝑓 𝑐 = 1 𝑘𝐻𝑧 obtemos: ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Figura 27: Simulação no TinkerCad do filtro passa baixas ativo, para .𝑓 = 𝑓 𝑐 = 1 𝑘𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. Fazendo a mesma análise feita anteriormente, temos que o sinal de entrada permanece aparentemente inalterado, enquanto que o sinal de saída sofre uma redução de magnitude: este permeia agora aproximadamente 9.2 das 10 divisões correspondente a 10 V. Sendo assim e por𝑉 𝑝𝑝 = 0. 92 · 10 𝑉 = 9. 2 𝑉 .: 𝑉 𝑝 = 4. 6 𝑉 consequência . Novamente, utilizando𝑉 𝑟𝑚𝑠 = 3. 2 𝑉 a razão e aplicando o logaritmo, obtemos módulo igual a 11 dB, que corresponde a um erro de menos de 1% do valor encontrado pela simulação do MultiSim. Simulando para uma frequência agora uma década acima da frequência de corte, ,𝑓 = 10 𝑘𝐻𝑧 obtemos a imagem 28 a seguir. Figura 28: Simulação no TinkerCad do filtro passa baixas ativo, para e .𝑓 𝑐 = 1 𝑘𝐻𝑧 𝑓 = 10 𝑘𝐻𝑧 Fonte: Elaboração própria. Novamente, o sinal de entrada permanece inalterado. Já o sinal de saída preenche cerca de 6.2 divisões das 10 (total 2 V). Assim, ,𝑉 𝑝𝑝 = 0. 62 · 2 𝑉 = 1. 24 𝑉 .: 𝑉 𝑝 = 0. 62 𝑉 portanto . Novamente, o que𝑉 𝑟𝑚𝑠 = 0. 44 𝑉 corresponde a um módulo de aproximadamente -6.3 dB, condizente com resultados obtidos anteriormente. B. Circuito Passa-Altas Ativo O primeiro passo da análise do circuito foi a determinação da função de transferência. Para isso, as equações abaixo mostram as manipulações feitas. (21) 𝐻(𝑠) = 𝑉 𝐶𝐻2 𝑉 𝐶𝐻1 (22) 𝐻(𝑠) = − 𝑠𝐶𝑅 2 1 + 𝑠𝐶𝑅 1 Logo em seguida, as expressões de módulo e fase em função da frequência de 2πf foram encontradas. As equações a seguir mostram os resultados. (23) 𝐻(𝑓)| | = 2𝜋𝑓𝐶𝑅 2 1 + (2𝜋𝑓𝐶𝑅 1 )2 (24) 𝐻(𝑓)| | 𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔( 2𝜋𝑓𝐶𝑅 2 1 + (2𝜋𝑓𝐶𝑅 1 )2 ) (25) 𝜙(𝑓) = 90° − 𝑡𝑎𝑛−1(2𝜋𝑓𝐶𝑅 1 ) Logo em seguida, foi determinada a frequência de corte. (26) 𝑓 𝑐 = 12𝜋𝐶𝑅 1 Projetando o circuito para obter frequência de corte igual a 500 Hz e ganho igual a 5, estipulados pelo roteiro, é possível observar as relações abaixo. (27) 𝐶𝑅 1 = 12𝜋𝑓 𝑐 = 12𝜋𝑓 𝑐 = 0, 318 𝑚 (28) 𝑅 2 𝑅 1 = 5 Observando essa primeira relação, escolhe-se os valores comerciais de 16 nF para o capacitor e 20 kΩ para o resistor 1. E a partir da segunda relação, conclui-se que o resistor 2 deverá assumir 100 kΩ. Com a simulação do circuito e com o valor da frequência de corte encontrado, é possível variar o valor da entrada, tanto para diminuir como para aumentar, fazendo com que seja possível montar uma tabela com os valores encontrados. A tabela 2 mostra os resultados. Tabela 2: Relações de módulo e fase para o filtro passa-altas ativo com a variação da frequência. Frequência (Hz) Módulo (dB) Fase (°) ELE031 Laboratório de CircuitosElétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 50,0 -6,0 -95,8 70,0 -3,1 -98,1 90,0 -1,0 -100,3 150,0 3,2 -106,9 300,0 8,2 -121,2 500,0 11,0 -135,2 700,0 12,2 -144,6 900,0 12,8 -151,1 1500,0 13,5 -161,6 3000,0 13,8 -170,6 5000,0 13,9 -174,3 Através dos valores obtidos na tabela, gráficos para o módulo e fase foram montados com utilização do excel. A figura 29 mostra o gráfico gerado para o módulo e a figura 30 para a fase. Figura 29: Gráfico de módulo do circuito passa-altas, no Excel. Fonte: Elaboração própria. Figura 30: Gráfico de fase do circuito passa-altas, no Excel. Fonte: Elaboração própria. Analisando o valor do módulo encontrado para a frequência de corte, é possível confirmar o ganho pré-estabelecido. Sendo que foi encontrado 11,0 dB o que está muito próximo do valor encontrado na equação abaixo. (29) 𝐻(𝑓)| | 𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔( 5 2 ) = 10, 969 𝑑𝐵 Por fim, com o auxílio de uma ferramenta do software de simulação Tinkercad, é possível visualizar a verdadeira montagem de um circuito, utilizando protoboards e componentes o mais próximos possíveis da realidade. A figura 31 mostra o resultado. Figura 31: Circuito simulado no Tinkercad com a frequência de corte. Fonte: Elaboração própria. Para validar o circuito novamente, frequências abaixo e acima do valor de corte foram simuladas. As figuras abaixo mostram os resultados para ambos os casos. Figura 32: Circuito simulado no Tinkercad com a frequência uma década a menos. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Fonte: Elaboração própria. Figura 33: Circuito simulado no Tinkercad com a frequência uma década a mais. Fonte: Elaboração própria. C. Configuração Sallen-Key Tabela 3: Resultados da simulação para configuração Sallen-Key. Frequência (Hz) Módulo (dB) Fase (º) 100 14.0 0.0 160 14.1 -10.9 280 14.3 -22.9 440 14.6 -33.0 750 15.1 -56.2 1000 14 -77.7 1600 7.5 -133.1 2800 -2.8 -156.5 4400 -10.9 -168.0 7500 -20.3 -168.8 10000 -25.4 -169.1 A partir da tabela 3, com auxílio do Excel, obtemos a resposta em frequência do filtro com a configuração Sallen-Key. As curvas de módulo e fase estão dispostas a seguir (figuras 34 e 35), respectivamente. Figura 34: Resposta em frequência do módulo, do filtro de segunda ordem, com configuração Sallen-Key, obtido a partir da tabela 3. Fonte: Elaboração própria. Figura 35: Resposta em frequência da fase, do filtro de segunda ordem, com configuração Sallen-Key, obtido a partir da tabela 3. Fonte: Elaboração própria. D. Configuração MFB Tabela 4: Resultados da simulação para configuração MFB. Frequência (Hz) Módulo (dB) Fase (º) 100 14.0 -10.9 ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 160 14.1 -10.9 280 14.3 -22.9 440 14.6 -21.0 750 15.0 -56.2 1000 13.9 -79.1 1600 7.5 -135.3 2800 -2.8 -158.5 4400 -10.9 -157.5 7500 -20.3 -168.8 10000 -25.3 -169.1 Analogamente, a partir da tabela 4, obtemos a resposta em frequência do filtro com a configuração MFB. As curvas de módulo e fase estão dispostas a seguir (figuras 36 e 37), respectivamente. Figura 36: Resposta em frequência do módulo, do filtro de segunda ordem, com configuração MFB, obtido a partir da tabela 4. Fonte: Elaboração própria. Figura 37: Resposta em frequência da fase, do filtro de segunda ordem, com configuração MFB, obtido a partir da tabela 4. Fonte: Elaboração própria. E. Passa-Baixas com Alimentação Não-Senoidal Quando se trata de uma entrada não-senoidal, espera-se que o capacitor se comporte de maneira diferente. Em relação a uma onda quadrada, o capacitor levará um tempo tanto para carregar e descarregar, e a fonte chegará rapidamente ao seu valor. Isso faz com que distorções sejam causadas no sinal de saídas, todas serão observadas nas simulações feitas. As simulações do circuito no Multisim foram feitas para as frequências requeridas. É possível observar através das figuras abaixo os resultados obtidos. Figura 38: Circuito simulado no Multisim com frequência de 200Hz. Fonte: Elaboração própria. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Figura 39: Circuito simulado no Multisim com frequência de 300Hz. Fonte: Elaboração própria. Figura 40: Circuito simulado no Multisim com frequência de 500Hz. Fonte: Elaboração própria. Figura 41: Circuito simulado no Multisim com frequência de 2000Hz. Fonte: Elaboração própria. Logo em seguida, com o auxílio de uma ferramenta do próprio software, foi determinada a frequência de corte. Vista através da figura 42 abaixo. Figura 42: Resposta em Frequência do Circuito. Fonte: Elaboração própria. Observando que a frequência de corte está situada em aproximadamente 1,08 kHz. Por fim, com o auxílio de uma ferramenta do software de simulação Tinkercad, é possível visualizar a verdadeira montagem de um circuito, utilizando protoboards e componentes o mais próximos possíveis da realidade. As figuras abaixo mostram os resultados para todas frequências pedidas. Figura 43: Circuito simulado no Multisim com frequência de 200Hz. Fonte: Elaboração própria. ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 Figura 44: Circuito simulado no Multisim com frequência de 300Hz. Fonte: Elaboração própria. Figura 45: Circuito simulado no Multisim com frequência de 500Hz. Fonte: Elaboração própria. Figura 46: Circuito simulado no Multisim com frequência de 2000Hz. Fonte: Elaboração própria. Análise de resultados e conclusão A. Aluno 1 A partir da análise dos resultados, e posterior discussão em dupla, verificamos que durante a realização das simulações do filtro passa baixas relativo à prática 6, devido a resistência parasítica da fonte, a mesma aparenta (ao circuito) não fornece a devida tensão (1 V eficaz) no terminal CH1. No entanto, percebemos que devido ao curto circuito virtual dos terminais de entrada do amplificador operacional, a tensão obtida no CH1 é apenas um divisor resistivo entre a resistência da fonte e .𝑅 1 Assim, para minimizar ainda mais a influência dessa resistência da fonte, devemos escolher valores ainda menores de capacitores, de forma que o valor dos resistores aumente (já que para uma dada frequência de corte, tais parâmetros são inversamente proporcionais). Assim, com uma resistência suficientemente elevada, o divisor resistivo torna-se aproximadamente desprezível. Uma nova sugestão de componentes é ,𝐶 = 100 𝑝𝐹 e .𝑅 2 = 1. 6 𝑀Ω 𝑅 1 = 320 𝑘Ω Verificamos também, que apesar das aproximações feitas ao longo do relatório (como valores inteiros de componentes, etc) não afetou de forma significativa o circuito, e o mesmo manteve sua funcionalidade inalterada. No entanto, tais pequenos erros podem ter levado a anomalias no gráfico de fase (figura 24). Em relatórios passados, também verificou-se maior propensão para anomalias nos gráficos de fase, enquanto o gráfico de módulo detêm estrutura impecável. Ainda sobre os circuitos da prática 6, conseguimos obter o correto funcionamento do ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 circuito passa baixas, uma vez que ,𝐻(0) = 𝐺 (sendo G o ganho em banda-passante) e .𝐻(∞) = 0 Sobre a prática 7,e a partir das tabelas 3 e 4, cujas informações serviram como base para as figuras 34 á 37, vemos a eficácia dos circuitos, cuja operação correspondeu às expectativas teoricamente embasadas. Deve-se salientar que a aproximação rotineiramente utilizada é satisfatoriamente equivalente, no qual em banda passante o sinal tem módulo constante dado pelo ganho projetado (5 V/V = 14 dB), e na faixa de rejeição, a curva possui inclinação dada por -40 dB/déc (ou seja, duas vezes mais inclinada que um filtro passivo de primeira ordem). Vemos também a eficácia de um filtro ativo para processamento de sinais, uma vez que podemos aplicar um ganho superior à unidade ao sinal, o que muitas vezes é de interesse, para adequar o sinal medido ao circuito de controle. Além disso, na simulação em bancada no TinkerCad, vimos que mesmo escolhendo valores comerciais no software (aproximações do valor ideal informado pelo FilterPro Desktop), ambos os circuitos proporcionaram boa resposta em frequência, mostrando assim que a utilização de resistores que não sejam de precisão, promovem bom funcionamento do circuito, o que permite baratear o projeto original. O conhecimento da ferramenta FilterPro Desktop [5] foi de extrema utilidade para a solidificação do conhecimento, uma vez que, além de fornecer os valores adequados para o circuito, o mesmo possui geração de lista de materiais, análise da resposta em frequência do circuito gerado, facilitando futuras implementações. Por fim, durante as simulações relativas à última prática, vimos que o aumento da frequência do sinal de onda quadrada promove no capacitor uma oscilação que o mesmo não consegue acompanhar. Assim, por se tratar de um passa-baixas, ao decompor o sinal de onda quadrada em uma superposição infinita de sinais senoidais harmônicos, após a frequência de corte, a constante atenuação dos sinais promove a onda observada nas figuras 38 à 41. De tais sinais, sabemos que há prevalências das ondas senoidais de baixa frequência. B. Aluno 2 A realização da primeira parte serviu como pontapé inicial das simulações de circuitos ativos para seleção de frequência, envolvendo os dois tipos de filtros já vistos anteriormente, sendo eles o passa-baixas e o passa-altas, com o objetivo de analisar, principalmente, as principais características entre esses dois modelos. Quando se trata do filtro passa-baixas, percebe-se através do nome que a seleção será feita em baixas frequências, claramente vistas nas imagens mostradas que quanto maior a frequência, menor a magnitude, ou seja, o circuito cumpriu com seu papel. Podendo observar nitidamente através das contas e tabelas a variação desses valores. Em relação ao filtro passa-altas, como o próprio nome já diz, será o contrário do anterior, fazendo com que em frequências menores, a magnitude esteja baixa, e conforme aumenta-se a frequência, a magnitude também aumenta. Os gráficos mostram perfeitamente isso acontecendo, além de que através da tabela é possível observar essa variação. Os valores encontrados pelas simulações e medições estavam de acordo com o esperado, e validaram diversas relações mostradas previamente. Além de que, por envolver simulações tanto para passa-baixas como para o passa-altas, foi possível observar ambos modelos funcionando em cada tipo de circuito. Esses modelos de circuitos ativos utilizando um amplificador operacional e sem indutores, permite que os circuitos tenham ganhos, o que é de extremo valor em situações específicas da engenharia. Novamente, a segunda parte utiliza o filtro passa-baixas em ambos circuitos de segunda ordem, o protagonismo da segunda parte são os modelos diferentes para suas montagens. O primeiro modelo, Sallen-Key possui simplificações que facilitam todo o processo, enquanto o de realimentação múltipla, pela sua característica, os cálculos se tornam mais complicados. O primeiro modelo é mais utilizado devido a usar menos componentes. Apesar das diferenças, os dois modelos apresentam resultados satisfatórios que foram comprovados através das várias simulações. Cada um possui suas peculiaridades, mas ambos foram validados pelos experimentos. Quando se trata de um filtro passa-baixas de alimentação quadrada, espera-se que quanto maior a frequência de entrada, mais rápido a fonte muda seu valor, fazendo com que o capacitor não consiga acompanhar tal velocidade, e gere uma onda de amplitude menor que varia de forma mais “senoidal”, já que desce e sobe de forma veloz. A partir das diversas análises de cada experimento, conclui-se que a realização desse relatório no modelo à distância torna-se muito mais fácil, visto que pode-se colocar quaisquer valores para os componentes, facilitando o processo experimental. Caso fosse necessário a realização prática, seria importante buscar por valores comerciais. Conforme demonstrado durante todo o relatório, todos os resultados simulados estavam de acordo com os calculados, evidenciando que todo o processo experimental ocorreu bem. Vale lembrar que eventuais diferenças minimamente pequenas podem surgir do processo de arredondamento tanto ELE031 Laboratório de Circuitos Elétricos II - Turma L1 - Prof. Carlos Andrey Maia Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG - Escola de Engenharia - Dep. de Engenharia Elétrica Belo Horizonte - 31/01/2022 manual, na parte dos cálculos, como virtual, na parte das simulações no software. Por se tratar de pequenas casas decimais, não prejudica nada o entendimento das práticas. Pode-se dizer que a realização desse relatório foi concluída com sucesso, e que todo conhecimento teórico e prático foi absorvido. Referências [1] Alexander CK, Sadiku MNO. Fundamentos de Circuitos Elétricos. Quinta Edição. Porto Alegre: AMGH, 2013. [2] Material didático disponibilizado pelo professor Carlos Andrey Maia durante as aulas. [3] Tinkercad [4] Active Low-Pass Filter Design (Rev. B) [5] Filter Designer | Design Resources | TI.com https://www.tinkercad.com/ https://www.ti.com/lit/pdf/sloa049 http://www.ti.com/tool/filterpro