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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA EDNARDO ÉDSON LUCENA E LIMA PROJETO DE UM FILTRO ATIVO PASSA BANDA CARAÚBAS - RN 2023 EDNARDO ÉDSON LUCENA E LIMA PROJETO DE UM FILTRO ATIVO PASSA BANDA Relatório apresentado à disciplina de Circuitos Elétrônicos II do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal Rural do Semi-Árido, campus Caraúbas, como requisito para aprovação na referida disciplina. Docente: Prof. Dr. Francisco De Assis Brito Filho CARAÚBAS - RN 2023 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................... 4 2 REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................... 5 3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................................. 6 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................ 7 5 CONCLUSÕES .......................................................................................... 8 5 REFERÊNCIAS ........................................................................................ 9 4 1 INTRODUÇÃO Este relatório descreve o dimensionamento de um filtro ativo passa-banda com uma frequência central de 100 kHz e uma banda passante de 80 kHz. Para a realização deste projeto foi utilizado o amplificador operacional LM741, este componente amplamente reconhecido foi escolhido por sua versatilidade e eficiência em aplicações de filtragem ativa. Podendo assim abordar detalhadamente o projeto do filtro, incluindo os parâmetros de projeto, a teoria por trás do funcionamento do LM741 como amplificador operacional. Além disso, serão apresentados resultados práticos, incluindo a análise de frequência, para avaliar a eficácia do filtro projetado. 2 REFERENCIAL TEÓRICO A base teórica deste relatório tem como fundamento o renomado livro "Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos" de Robert L. Boylestad, que é amplamente reconhecido e respeitado no campo da eletrônica. Este livro proporciona uma abrangente compreensão de dispositivos eletrônicos e circuitos, abordando tópicos como amplificadores operacionais, filtros ativos e diversos outros conceitos essenciais. Dentro do contexto deste projeto, que envolve a criação de um filtro passa-banda utilizando o amplificador operacional LM741, na qual por meio do seu Datasheet, retiraremos parâmetros necessários. • Amplificadores Operacionais (Op-Amps): O trabalho de Boylestad oferece uma sólida base para a compreensão dos amplificadores operacionais, detalhando suas características, configurações de pinagem típicas e uma ampla gama de aplicações. Um amplificador operacional, como o LM741, é um componente de suma importância em muitos circuitos eletrônicos devido à sua alta impedância de entrada, elevado ganho de tensão e baixa impedância de saída. • Filtros Ativos: O livro explora os princípios fundamentais dos filtros ativos, elucidando como esses dispositivos podem ser empregados para selecionar frequências específicas de um sinal de entrada. Os filtros ativos têm a capacidade de amplificar as frequências desejadas enquanto atenuam as indesejadas. Isso assume especial relevância no projeto do filtro passa-banda, cujo objetivo é 5 permitir a passagem de frequências em torno de uma frequência central predefinida. • Projeto de Filtros Ativos: O livro traz além da teoria de filtros, exemplos práticos de como os projetar, englobando os parâmetros de projeto, cálculos de componentes e características de resposta em frequência. Os filtros passa-banda são analisados em detalhes, incluindo a seleção adequada de componentes para atender às especificações de frequência central e largura de banda desejadas. • Amplificador Operacional LM741: No Datasheet do LM741, explica suas características, limitações e aplicações típicas. Isso engloba informações sobre a disposição dos pinos, polarização, ganho e resposta em frequência do LM741, aspectos cruciais para o desenvolvimento do filtro passa-banda. 3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Este procedimento experimental tem como objetivo realizar simulações e análises práticas de um filtro passa banda ativo usando um ambiente de simulação. O procedimento tem apenas a análise AC Sweep, porém necessita do dimensionamento do dos elementos resistivos e/ou capacitivos por meio das equações dispostas pelo livro referencial Boylestad. Pela teoria dos filtros ativos, um filtro passa banda é composto pela junção de dois filtros, um passa altas e em série um passa baixas. Dito isso, a escolha do ampop LM741 como elemento ativo do sistema, é feita cuidadosamente para que atenda todos os requisitos de ganho e frequência do sistema. A partir daí podemos começar o dimensionamento dos resistores arbitrando valores para os capacitores, pois como os valores comerciais de capacitâncias são mais restritos, ficamos livres para associar resistências se necessário para a obter os valores calculados. Para o dimensionamento, as frequências de corte foram calculadas a partir da frequência central e da Banda passante. 𝑓𝑓𝑐𝑐𝑐𝑐 = 100𝑘𝑘𝐻𝐻𝑧𝑧 − 80𝑘𝑘𝐻𝐻𝑧𝑧 2 = 60𝑘𝑘𝐻𝐻𝑧𝑧 𝑓𝑓𝑐𝑐ℎ = 100kHz + 80𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 2 = 140𝑘𝑘𝐻𝐻𝑧𝑧 6 A partir daí começamos a calcular o valor das resistências para os filtros, arbitrando valores para as capacitâncias. • C1= 6nF; • C2= 5nF; Com isso, foi calculado as resistências dos filtros RC ativos: 𝑅𝑅 = 1 2 ∗ 𝜋𝜋 ∗ 𝑓𝑓 ∗ 𝑐𝑐 𝑅𝑅1 = 1 2 ∗ 𝜋𝜋 ∗ 60 000 ∗ 6𝑥𝑥10−6 = 470Ω 𝑅𝑅2 = 1 2 ∗ 𝜋𝜋 ∗ 140 000 ∗ 5𝑥𝑥10^ − 6 = 220Ω Em seguida deu-se início da simulação do circuito por meio da ferramenta Multisim. Com os dois filtros totalmente dimensionados e seus AmpOps polarizados devidamente, as análises AC puderam ser realizadas. 7 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Feita a simulação AC Sweep do circuito em questão, os seguintes gráficos foram obtidos: Pelo gráfico apresentado em diagrama de Bode, percebe-se que a filtragem do sinal está sendo feita de forma satisfatória, representando assim o que acontece na prática quando utiliza-se filtros em determinadas aplicações. 5 CONCLUSÕES O projeto e implementação do filtro ativo passa-banda utilizando o amplificador operacional LM741 como componente principal, demonstrou-se uma empreitada bem- sucedida na busca por soluções eletrônicas avançadas para filtragem de sinais. O filtro passa-banda desenvolvido mostrou-se capaz de atender às especificações desejadas, permitindo a passagem eficaz de sinais na faixa de frequência de interesse, em torno dos 100 kHz, enquanto atenuava eficientemente as frequências fora dessa banda. As medidas de desempenho e as análises de frequência confirmaram a eficácia do filtro 8 na obtenção de respostas em frequência adequadas, evidenciando sua utilidade em diversas aplicações práticas. 6 REFERÊNCIAS BOYLESTAD, R., NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos, 11a ed, Prentice-Hall do Brasil, 2013. RAZAVI, B.; SOUZA, J. R. (trad) (rev). Fundamentos de microeletrônica. 1ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010. LM741 Ficha técnica (PDF) - Seoul Semiconductor (TI). ALLDatasheet.com. Disponível em: < https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet- pdf/view/198081/SEOUL/LM741.html>. Acesso em 19 de set de 2023 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 2 REFERENCIAL TEÓRICO 3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 5 CONCLUSÕES 6 REFERÊNCIAS
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