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PRATICA II
ELETRÔNICA II
PRATICA II
ELETRÔNICA II
Lista de ilustrações
Figura 1 Circuito FPB Butterwoth em topologia Salen-Key . . . . . . . . . . . . 6
Figura 2 Circuito FPB Butterwoth em topologia Multiple Feedback. . . . . . . . 6
Figura 3 Circuito montado na prática do filtro PB - Salen-Key e Multiple Feedback. 8
Figura 4 FFT do filtro Salen-Key. Entrada em vermelho e saída em azul . . . . 9
Figura 5 Fase do filtro Salen-Key. Entrada em verde e saída em roxo . . . . . . . 10
Figura 6 Mostra o gráfico obtido na prática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figura 7 Mostra o gráfico obtido na prática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Figura 8 Mostra o gráfico obtido na prática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Sumário
1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 Filtro passa baixas Salen-key . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Filtro passa baixas Multiple-Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2 Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2.1 Filtro passa baixas Salen-key . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2.2 Filtro passa baixas Multiple-Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4 Resultados Analíticos e Discussão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.1 Simulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.1.1 Filtro passa baixas Salen-key . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.1.2 Filtro passa baixas Multiple feedback . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.2 Implementação prática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
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1 Introdução
1.1 Introdução
Os filtros são circuitos eletrônicos compostos por resistências e capacitores capazes
de deixar passar ou atenuar determinadas frequências. Os filtros ativos são um tipo especí-
fico de filtros, chamados assim porque em seus circuitos são compostos por amplificadores
operacionais realimentados. Esse tipo tem sido muito utilizado devido a sua facilidade de
projeto, possibilidade de amplificar um sinal baixo e grande flexibilidade de realizar-se
mudanças no projeto sendo muito aplicado no ramo de telecomunicações.
Estes podem ser classificados de três formas: quanto a sua função, tecnologia
utilizada e á função-resposta. O filtro implementado em sala de aula foi um do tipo
Butterworth, de ordem 4, topologia Sallen – Key e Multiple-Feedback. O objetivo principal
da atividade foi avaliar o comportamento Fase x Frequência do filtro.
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2 Desenvolvimento
2.1 Filtro passa baixas Salen-key
Filtros passa-baixa são utilizados para permitir que valores de entrada de tensão
"passem"quando o circuito é alimentado por uma tensão variável de baixa frequência,
enquanto que tensões variáveis de alta frequência são atenuadas. A frequência de corte ωc
é usada para distinguir a banda passante (ωc ω ).
O filtro Butterworth é o melhor compromisso entre atenuação e resposta de fase.
Ele não tem ondulações na banda de passagem ou na banda de parada e, por isso, às vezes
é chamado de filtro maximamente plano. O filtro Butterworth atinge seu nivelamento às
custas de um região de transição relativamente ampla da faixa de passagem para a banda
de corte.
Nesse contexto, a prática consiste em montar um filtro butterworth passa baixas.
A topologia implementada para esse caso foi a topologia Salen-key. O Filtro foi projetado
no software Filter-Pro para se comportar como um filtro passa baixas, sendo forçado a ter
uma ordem 4 como pré-requisito de projeto, 1kHz a sua frequência de corte e por fim um
ganho de 100x ou 40dB nessa frequência de corte. Dessa forma os outros parâmetros ficam
com certo grau de liberdade para ser possível construir o circuito. O resultado gerado pelo
software pode ser visto na Figura 1. E esse circuito que será implementado e simulado
para verificação de suas características.
2.2 Filtro passa baixas Multiple-Feedback
O Filtro Butterworth de ordem 4, projetado no software Filter-Pro para se com-
portar como um filtro passa baixas, com especificações de projeto, 1kHz a sua frequência
de corte e por fim um ganho de 100x ou 40dB nessa frequência de corte. Também foi
implementado na topologia Multiple Feedback (figura 2) e como visto no relatório 1 a
análise em frequência para ambas era a mesma.
Porém, agora estaremos analisando a fase dos filtros nas duas topologias e o que se
espera é algo diferente pois, a topologia MFB causará um inversão de fase já que estamos
usando os Amp.Op com a realiementação negativa. Vale também ressaltar que a topologia
MFB é mais robusta a variações de temperatura sendo menos sensível á variações da
mesma.
Capítulo 2. Desenvolvimento 6
Figura 1 – Circuito FPB Butterwoth em topologia Salen-Key
Figura 2 – Circuito FPB Butterwoth em topologia Multiple Feedback.
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3 Ensaios
3.1 Materiais
Os itens usados nas práticas para implementação dos filtros são os componentes
comerciais dos filtro e equipamentos de medição descritos a seguir
• Osciloscópio;
• Pontas de prova e cabos de conexão;
• Multímetro;
• Gerador de sinais;
• Duas fontes DC de pelo menos 15V;
• 4 x Amp. Op. KF351;
• 4 x 33KOhms, 20%, Resistor;
• 4 x 47KOhms, 20%, Resistor;
• 4 x 10nF, 20%, Capacitor;
• 4 x 1,5nF, 20%, Capacitor;
• 4 x 2,2KOhms,20%, Resistor;
• 4 x 22KOhms, 20%, Resistor.
3.2 Métodos
3.2.1 Filtro passa baixas Salen-key
Inicialmente posicionou-se os dois Amp.Op’s na protoboard para em seguida
organizar os componentes ao redor dos mesmos. O sinal aplicado foi um sinal de excitação
senoidal de 0.1V Pico a Pico e o sinal foi coletado na saída do segundo Amp.Op. através
do osciloscópio.
Para realizar as medidas dos valores de amplitude e fase foi selecionado o referido
tipo de medição no osciloscópio. As medidas foram anotadas para algumas variações de
Capítulo 3. Ensaios 8
frequência como solicitado pelo professor varrendo de 1 até 5kHz. Com no mínimo 10
medições.
3.2.2 Filtro passa baixas Multiple-Feedback
Para a configuração multiple-feedback montou-se o circuito usando dois Amp.Op’s
KF 351. Na entrada do circuito foi colocado um sinal de excitação de amplitude 0.1V
e para a alimentação dos amplificadores usou-se uma fonte simétrica de +15V e -15V
com limitação de 200mA. Conectou-se o sinal de excitação na entrada variando-o de 1
a 5kHz, fazendo-se a medição da saída e entrada com o osciloscópio pode-se analisar o
comportamento da Fase X Frequência. A figura 3 mostra os circuitos do filtro passa baixa
nas duas topologias montado na prática.
Figura 3 – Circuito montado na prática do filtro PB - Salen-Key e Multiple Feedback.
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4 Resultados Analíticos e Discussão
A seguir serão apresentados os resultados medidos em simulação e produzidos no
circuito final montado.
4.1 Simulação
4.1.1 Filtro passa baixas Salen-key
O circuito utilizado foi projetado no software Filter Pró para ter um ganho de 100
vezes ou 40dB na frequência de 1KHz. Para isso a ordem predefinida foi a ordem 4 e a
topologia Salen-key. Na entrada do circuito foi aplicada uma tensão de 1V de amplitude,
correspondendo a 2V de Pico a Pico e, a tensão aplicada aos amplificadores operacionais
foi de 15V e -15V.
Na Figura 4 a FFT do filtro é mostrada para o sinal de entrada e para o sinal de
saída do filtro, como a entrada e saída estão representando o mesmo sinal na frequência
de corte que é 1KHz a única componente que é visível é a própriafrequência de excitação
do circuito que é 1KHz. Isso vale tanto para a entrada como para saída pois o filtro não
altera a frequência do sinal.
Figura 4 – FFT do filtro Salen-Key. Entrada em vermelho e saída em azul
Capítulo 4. Resultados Analíticos e Discussão 10
O resultado da simulação realizada está descrito na figura 5 mostrando a relação
fase x frequência do circuito simulado. No primeiro gráfico a entrada do circuito está
representada na cor verde e a saída representada na cor roxa. No segundo gráfico ilustra-se
a relação da fase da saída pela fase da entrada.
Figura 5 – Fase do filtro Salen-Key. Entrada em verde e saída em roxo
4.1.2 Filtro passa baixas Multiple feedback
A simulação foi desenvolvida utilizando o software altium, no mesmo é possível
levantar o diagrama de bode do sistema, porém, por se tratar de uma simulação, os
diagramas levantados, não consideram a sensibilidade dos sistemas montado. a seguir
temos as analises de fase x frequencia.
Figura 6 – Mostra o gráfico obtido na prática.
Capítulo 4. Resultados Analíticos e Discussão 11
(1).PNG
Figura 7 – Mostra o gráfico obtido na prática.
4.2 Implementação prática
Durante a montagem prática do circuito, variou-se os valores de frequência e
coletou-se os dados referentes à fase e frequência variada da entrada e saída do circuito.
Sob posse dos dados, utilizou-se o software MatLab para plotar um gráfico que expressasse
essa relação obtida. A figura 8 mostra o gráfico obtido com esse processo.
Figura 8 – Mostra o gráfico obtido na prática.
Comparando o gráfico da figura 8 com o gráfico da figura 5 percebe-se que este
possui algumas variações, sendo que estas se mostram muito altas para frequências a partir
da frequência de corte que é 1KHz.
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5 Conclusão
Observados os resultados apresentados na seção anterior e comparando com os
dados esperados de acordo com a teoria, podemos concluir que o circuito implementado de
fato responde como um filtro passa-baixas. Foi possível também compreender que quanto
maior a ordem do filtro, mais não linear a sua fase se torna. Que é um preço a se pagar
por tornar o seu filtro mais seletivo.
Então a implementação de tal circuito deve ser avaliada com cautela, visto que um
atraso pode ser indesejado como por exemplo em um equipamento de som que um atraso
hora muito grande hora muito pequeno seria ruim e de difícil correção.
Sobretudo em virtude dessas análises e dos resultados obtidos, é notória a impor-
tância de tais circuitos para o estudo de filtros e tratamento de sinais, bem como para a
engenharia elétrica em si.
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Referências
JR, A. P. Amplificadores Operacionais e Filtros Ativos-8 . [S.l.]: Bookman Editora,
2015. 6, 10, 17 MALVINO, A. P.; BATES, D. J. Eletrônica . [S.l.]: AMGH, 2011. 4
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	Desenvolvimento
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	Filtro passa baixas Multiple-Feedback
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	Materiais
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	Filtro passa baixas Multiple-Feedback
	Resultados Analíticos e Discussão
	Simulação
	Filtro passa baixas Salen-key
	Filtro passa baixas Multiple feedback 
	Implementação prática
	Conclusão
	Referências