Os filtros de hardware eletrônico podem ser classificados em dois tipos: ativos e passivos.
Filtros ativos: Circuitos de filtro que consistem em componentes ativos como transistores e amplificadores operacionais com componentes passivos como resistores, capacitores, etc., são chamados de filtros ativos.
Figura 1: Filtro ativo
Filtro passivo: Circuitos de filtro que consistem apenas em um resistor, capacitor e indutor e são ajustados para ressoar em uma determinada frequência são chamados de filtros passivos.
Figura 2. Filtro passivo
Existem basicamente quatro tipos de filtros em eletrônica com base em sua resposta de frequência e podem ser projetados usando componentes ativos e passivos. Estes são filtros passa-baixa, passa-alta, passa-banda e rejeita banda (filtros notch).
Filtro passa-baixa
Um filtro que fornece uma saída constante de CC até uma frequência de corte e depois não passa nenhum sinal acima dessa frequência é chamado de filtro passa-baixa ideal.
A relação entre a tensão de saída e a tensão de entrada é chamada de ganho de tensão, que é constante em uma faixa de frequência de zero até a frequência de corte. Conseqüentemente, a saída estará disponível fielmente de zero até a frequência de corte com um ganho constante. As frequências entre zero e a frequência de corte são chamadas de frequências de banda passante, enquanto as frequências acima da frequência de corte são chamadas de frequências de banda de parada.
Em um filtro passa-baixa ideal, as frequências baixas estão na banda passante e as frequências mais altas estão na banda de parada. Um filtro passa-baixa atenua altas frequências e passa componentes de baixa frequência de um sinal que passa por um circuito de filtro passa-baixa.
Filtros analógicos de primeira ordem podem ser projetados usando um resistor em série e um capacitor em derivação ou um indutor em série e um resistor em derivação.
Figura. 3: Diagrama de blocos do sistema do filtro passa-baixa passivo
…onde Sinal de entrada —> Filtro passa-baixa —> Sinal de saída (baixas frequências atenuadas)
Por exemplo, um sinal tem uma banda de frequência de 100 MHz e precisamos de um sinal com uma frequência de banda inferior a 50 MHz. Neste caso, precisamos de um filtro passa-baixa que atenuará a outra banda de frequência que não necessitamos. Nas linhas de energia, um filtro passa-baixa é usado como filtro EMI para reduzir a proporção dos componentes de frequência.
Figura 4: Projeto do circuito e resposta de frequência do filtro passa-baixa
Filtro passa-alta
Um filtro que passa sinais de banda de frequência acima da frequência de corte é chamado de filtro passa-alta. O filtro passa-alta tem ganho zero em uma frequência chamada frequência de corte e, acima dessa frequência, o ganho é constante. Conseqüentemente, um sinal de qualquer frequência além do corte é reproduzido fielmente com um ganho constante, e as frequências de zero ao corte serão bloqueadas.
O filtro passa-alta é o complemento funcional do filtro passa-baixa. No filtro passa-alta, os componentes de baixas frequências estão na banda de parada e os componentes de altas frequências estão na banda passante. Isso significa que um filtro passa-alta passa pelos componentes de alta frequência e bloqueia os componentes de baixa frequência de um sinal enquanto o passa por um filtro passa-alta. Os filtros passa-alta podem ser implementados usando um capacitor em série e um resistor em derivação ou um resistor em série e um indutor em derivação.
Figura 5: Diagrama de blocos do sistema do filtro passa-alta passivo
…onde, Sinal de entrada —> Filtro passa-alta —> Sinal de saída (altas frequências atenuadas)
Figura.6: Projeto do circuito e resposta de frequência do filtro passa-alta
Se um sinal tem banda de frequência de 50 MHz e precisamos de um sinal além da banda de frequência de 30 MHz, então precisamos desse tipo de filtro que irá parar a banda de frequência abaixo de 30 MHz e permitir frequência acima de 30 MHz em casos ideais. Esses filtros são usados em alto-falantes para remover ruídos de baixo nível.
Filtro passa-banda
A versão em cascata de um filtro passa-alta e um filtro passa-baixa é chamada de filtro passa-banda. O filtro passa-banda passa um conjunto de frequências entre uma frequência de corte inferior e uma frequência de corte superior. As frequências abaixo de uma frequência de corte mais baixa e acima de uma frequência de corte mais alta estão na banda de parada. O filtro passa-banda ideal é mostrado na figura abaixo. Um filtro passa-banda passa uma banda de frequências enquanto atenua outras partes de frequências (esquerda e direita) que estão fora da banda de um sinal.
Figura 7: Diagrama de blocos do sistema do filtro passa-banda passivo
…onde, Sinal de entrada —> Filtro passa-baixa —> Filtro passa-alta —>Sinal de saída
Figura 8: Projeto do circuito e resposta de frequência do filtro passa-banda
Se, por exemplo, um sinal consiste em uma banda de frequência de 200 MHz e precisamos de um sinal que consiste em uma banda de frequência acima de 50 MHz e abaixo de 100 MHz, então precisamos de um filtro passa-banda. Uma aplicação desses filtros são telefones ou celulares modernos, visto que o lado do áudio é de aproximadamente 250 Hz a 5 Khz.
Filtro de rejeição de banda (Notch filtro)
O complemento do filtro passa-banda é chamado de rejeição de banda, também chamado de filtro notch. Neste filtro, as frequências abaixo da frequência de corte inferior e acima da frequência de corte mais alta estão na banda passante. As frequências entre a frequência de corte mais baixa e a frequência de corte mais alta vêm na banda de parada. A figura abaixo mostra uma resposta de entalhe.
Figura.9: Diagrama de blocos do sistema do filtro de rejeição de banda
Figura 10: Projeto do circuito e resposta de frequência do filtro de rejeição de banda
Os filtros idealizados definidos acima não podem ser construídos facilmente. Deve haver uma transição instantânea da banda passante para a banda final. Mas há uma região de transição que é reduzida pelo projetista ao realizar vários projetos de filtros de ordem.
Suponha que temos um sinal que consiste em uma banda de frequência de 200 MHz e precisamos de um sinal que consiste em uma banda de frequência abaixo de 50 MHz e acima de 100 MHz. Neste caso, precisamos de um filtro de rejeição de banda. Um exemplo são os filtros notch que são usados em equipamentos médicos para remover o zumbido de 50 Hz.
Este artigo revisou filtros básicos de hardware usados na filtragem de sinal, redução de ruído e remoção de componentes de frequência indesejados de um sinal de informação.