FILTROS PASSIVOs

Prévia do material em texto

CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA
BACHARELADO EM ENGENHARIA elétrica
DISCIPLINA DE análise de circuitos elétricos
FILTROS PASSIVOS
SUMÁRIO
RESUMO	i
1	INTRODUCAO	1
1.1	FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	Erro! Indicador não definido.
1.2	OBJETIVOS	2
1.2.1	Objetivo geral	2
1.2.2	Objetivos específicos	2
2	METODOLOGIA	3
4	CONCLUSÕES	12
5	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	13
RESUMO
Filtros passivos são circuitos eletrônicos que tem o intuito de filtrar uma determinada frequência de sistema eletrônico (através da associação de resistores, capacitores e Indutores). Um filtro é denominado passivo por ser constituído de componentes passivos. A implementação de filtros para remover ou amenizar os sinais indesejados, melhorando a aquisição de dados de equipamentos, principalmente, de telecomunicação ou de instrumentação, tem um papel fundamental na indústria eletrônica. 
INTRODUCAO
A atuação de filtros tem apresentado um crescimento significativo na área da eletrônica. É raro encontrar algum sistema eletrônico que não contenha nenhum tipo de filtro. Seu papel vem sendo de grande importância principalmente nos ramos das telecomunicações e da instrumentação industrial. Segundo Brandshaw (1987), filtros podem ser definidos como “um circuito que apresenta um comportamento típico em função da frequência do sinal a ele aplicado”, de modo que possibilite a passagem de sinais de determinadas frequências, removendo ou amenizando os sinais com frequências indesejadas. Esses circuitos são compostos basicamente por impedâncias interconectadas e o sinal de saída depende dos valores das resistências, capacitâncias e indutâncias presentes no sistema e de como esses elementos estão conectados entre si (MUSSOI, 2004, p.24). 
A tecnologia mais antiga para a aplicação de filtros utiliza indutores e capacitores, formando circuitos chamados de filtros passivos LC. No entanto, os indutores apresentam algumas limitações, tais como impossibilidade de serem produzidos na forma monolítica (ou em CIs), incompatibilidade com as técnicas modernas de montagem de sistemas eletrônicos, além de serem inviáveis para certas frequências por conta de seu tamanho volumoso. Por esse motivo, vem sido cada vez mais viável os filtros que não fazem uso de indutores. Desses, os mais conhecidos são os filtros ativos RC, os quais utilizam amplificadores operacionais, motivo pelo qual são considerados filtros ativos, combinados com os elementos passivos, resistores e capacitores (SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C., 2000, p.812).
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Para desenvolvimento desse relatório, foram utilizados conhecimentos a respeito de componentes passivos (capacitores, indutores, resistores), além outros conceitos fundamentais dentro do campo da eletrônica.
OBJETIVOS
Esse relatório tem por intuito realizar experimentos de circuitos elétricos, apresentando conceitos fundamentais, fórmulas e simulações no software online Multisimlive.
Objetivo geral
Discorrer de maneira sucinta sobre os conceitos, definições e leis fundamentais do campo de circuitos elétricos. Apresentar e definir os sinais alternados (tensão e corrente) como embasamento para realizar uma análise das respostas dos elementos básicos de um circuito elétrico (R, C e L) a um sinal senoidal e determinar as características específicas de cada elemento. Após isto, será introduzida uma noção sobre fasores e diagrama fasorial a fim de estabelecer um método de análise mais simples e compacta sobre os circuitos de corrente e tensão alternada.
Objetivos específicos
Apresentar os elementos armazenadores de energia (capacitores e indutores) para 
Definir as senóides e suas propriedades que são período, freqüência e velocidade angular. Discorrer sobre a fase de um sinal alternado. 
Apresentar experimentos realizados em um software online, Multisim.
Analisar a resposta individualmente de cada elemento básico de um circuito (R, L e C) a uma tensão ou corrente senoidal determinando as características específicas de cada elemento. 
Desenvolver um estudo sobre fasores e diagramas fasoriais, realizando uma analise sobre estes elementos e apresentar suas propriedades e aplicações. Em seguida serão expostos alguns problemas já existentes na literatura a fim de mostrar como utilizar os fasores na resolução de circuitos excitados por sinais alternados. 
Por fim, desenvolver uma conclusão sobre o trabalho levando em consideração todo oestudo feito sobre o tema e o texto desenvolvido a partir deste.
METODOLOGIA
Esse relatório apresenta análise na área de circuitos com ênfase no estudo dos capacitores e indutores, foi desenvolvido tomando como base uma pesquisa literária feita sobre o tema, onde foram recolhidas informações relevantes e posteriormente dispostas de maneira simples e didática de modo a facilitar o estudo sobre o assunto. 
A análise de circuitos elétricos é um processo de determinação de tensões ou correntes aplicadas sobre os elementos e dispositivos que compõe este circuito. Por isso para que possamos dar início ao nosso estudo sobre fasores e diagramas fasoriais na análise em circuitos de corrente alternada (CA), é necessário primeiramente, entender alguns conceitos relevantes sobre os circuitos elétricos em corrente contínua (CC) e seus componentes
experimento 
Filtros são circuitos utilizados quando se deseja que determinadas frequências do sinal original sejam suprimidas. Os filtros são classificados conforme sua característica de supressão (ou não) de determinadas faixas de freqüência. Caso o filtro seja composto por componentes ativos, como transistores e amplificadores operacionais, os mesmos são chamados filtros ativos, e podem apresentar uma parcela de ganho além do processo de filtragem. Caso o filtro seja composto apenas por componentes passivos, como resistores, indutores e capacitores, são chamados filtros passivos. Estes fornecem uma filtragem não tão boa quanto os filtros ativos
 Filtro passa baixa RC
 Para as frequências abaixo das frequências de corte (fc), o ganho é igual a um, isto é, a tensão de saída é igual a tensão de entrada. Para frequências acima da frequência de corte, o ganho é zero, ou seja, a tensão de saída será nula. Porém, na prática, não é possível construir um filtro com um corte tão brusco na resposta em frequência. Esse experimento utiliza-se de um software online para realização testes em um circuito, os resultados serão apresentados.
 
Análise do experimento:
Etapa 1 – escolha do capacitor 
 C =22nF
Etapa 2 – achar o valor do resistor, considerando a freqüência de corte fc=2kHz.
fc = 1/(2πRC) R=1(2π*2*10^3*22*10^-9) =3617,16Ω =3,6kΩ
O resistor comercial com valor próximo disponibilizado foi o de 4,7kΩ.
Circuitor série RC- simulação realizada no Multisim live
Fonte 10volts
Etapa 3- Variar a frequência do circuito e preencher a tabela com valores de ganho de tensão: 
	HZ
	Vi
	Vo
	Av
	10
	10
	9,992
	0,9992
	50
	10
	9,985
	0,9985
	100
	10
	9,931
	0,9931
	500
	10
	9,5
	0,95
	1000
	10
	8,36
	0,836
	1500
	10
	7,04
	0,704
	1800
	10
	6,36
	0,636
	1900
	10
	6,24
	0,624
	1950
	10
	6,18
	0,618
	2000
	10
	6,07
	0,607
	3000
	10
	4,05
	0,405
	6000
	10
	2,43
	0,243
	10000
	10
	1,51
	0,151
 Conclusão: com as experiências realizadas percebemos que à medida que aumentávamos a freqüência, o ganho diminuía.
 Também foi realizada, de maneira prática, a construção de um circuito RC anteriormente mostrado para construção de um gerador de função.
 O gerador de função é um instrumento eletrônico utilizado para gerar sinais elétricos de formas de onda, frequências e amplitude, podendo gerar sinais senoidais, triangulares, quadrados, dente-de-serra, com sweep (frequência variável), todos com diversas frequências e amplitudes. Seu funcionamento é baseado emcircuitos eletrônicos osciladores, filtros e amplificadores. É largamente utilizado em laboratórios como fonte de sinal para calibrar e reparar circuitos eletrônicos, em conjunto com o osciloscópio, para visualizar suas formas de onda, dentre as quais, senoidal, quadrada e triangular. 
Nele foram usados materiais, como:
-Resistor de 4,7kΩ;
-Capacitor de 22nF;
-Osciloscópio;
-Protoboard;
-Cabos;
-Adaptador de áudio;
-Amplificador de corrente;
- uma fonte 15 Vcc;
- além de um software online de gerador de função (http://onlinetonegenerator.com/).
Imagem do experimento - circuito
Imagem do experimento - circuito
Imagem do experimento – software gerador de ondas
 As funções do gerador foram ajustadas para 2 volts, e o seguintes resultados foram obtidos com a variação de freqüência: 
Vpp (tensão de pico a pico)
Av (ganho)
	HZ
	Vipp
	Vopp
	Av
	10
	2
	0,217
	0,102
	50
	2
	0,340
	0,172
	100
	2
	0,356
	0,178
	500
	2
	0,402
	0,201
	1000
	2
	0,495
	0,247
	1500
	2
	0,511
	0,255
	1800
	2
	0,542
	0,271
	1900
	2
	0,557
	0,288
	1950
	2
	0,580
	0,290
	2000
	2
	0,600
	0,300
	3000
	2
	0,648
	0,324
	6000
	2
	0,743
	0,371
	10000
	2
	0,810
	0,405
Filtro passa alta RC
Análise do experimento:
Etapa 1 – escolha do capacitor 
 C =22nF
Etapa 2 – achar o valor do resistor, considerando a freqüência de corte fc=5kHz.
fc = 1/(2πRC) R=1(2π*5*10^3*22*10^-9)=1446,86Ω = 1,45kΩ
O resistor comercial com valor próximo disponibilizado foi o de 1,5kΩ
Circuitor série RC- simulação realizada no Multisim live
Fonte 10volts
Etapa 3- Variar a frequência do circuito e preencher a tabela com valores de ganho de tensão: 
	kHz
	Vi
	Vo
	Av
	1
	10
	9,64
	0,964
	2
	10
	8,82
	0,882
	4
	10
	8,4
	0,84
	4,5
	10
	7,42
	0,742
	5
	10
	6,41
	0,641
	5,5
	10
	5,65
	0,565
	6
	10
	5,31
	0,531
	8
	10
	4,26
	0,426
	10
	10
	3,63
	0,363
	14
	10
	4,94
	0,494
	16
	10
	5,6
	0,56
	18
	10
	6,35
	0,635
	20
	10
	7,04
	0,704
Bem como no experimento anterior, também foi realizado testes práticos com o gerador de função, sendo utilizados equipamentos como:
-Resistor de 1,5kΩ;
-Capacitor de 22nF;
-Osciloscópio;
-Protoboard;
-Cabos;
-Adaptador de áudio;
-Amplificador de corrente;
- uma fonte 15 Vcc;
- além de um software online de gerador de função (http://onlinetonegenerator.com/).
	kHZ
	Vipp
	Vopp
	Av
	1
	2
	0,232
	0,116
	2
	2
	0,279
	0,1395
	4
	2
	0,325
	0,1625
	4.5
	2
	0,341
	0,1705
	5
	2
	0,360
	0,18
	5.5
	2
	0,368
	0,184
	6
	2
	0,372
	0,186
	8
	2
	0,381
	0,1905
	10
	2
	0,356
	0,178
	14
	2
	0,325
	0,1625
	16
	2
	0,340
	0,17
	18
	2
	0,356
	0,178
	20
	2
	0,294
	0,147
CONCLUSÕES
Os filtros passivos são uma solução simples para diversas aplicações na área da eletrônica, controle de freqüência. A variação de parâmetros RLC determina a faixa de operação dos filtros, sempre levando em consideração as equações características de cada filtro.
Por fim, o estudo sobre filtros passivos contribuiu muito para a expansão do conhecimento, uma vez que o trabalho proporcionou um estudo paralelo entre a prática e a teoria.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
EDMINISTER, J. A. Circuitos Elétricos – Teoria e 391 Problemas Resueltos. Mac. Graw Hill, 1989. 
FILHO, M. T. S. Fundamentos de Eletricidade. Rio de Janeiro: LTC, 2007. GUSSOW, M. Eletricidade Básica. 2. ed. Atualizada e Amplificada. São Paulo: Bookman, 2008. GUSSOW, M. Eletricidade Básica. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1997.
ALEXANDER, C. K.; SADIKU, M. N. O. Fundamentos de Circuitos Elétricos. 1. ed. Porto Alegre: Bookman, 2003. 
1