Em artigos anteriores (inclusive aqui, aqui e aqui), discutimos os diferentes tipos de filtros disponíveis, incluindo exemplos. Se você acompanhou, deverá ter uma compreensão dos componentes de frequência (ou seja, atenuação de altas frequências ao usar um filtro passa-baixa e as frequências de passagem para um filtro passa-alta). Você também deve estar ciente dos quatro filtros básicos de hardware (LPF, HPF, BPF e BRF) e seus usos, e ser capaz de diferenciar entre implementações teóricas e práticas.
Neste artigo, demonstraremos aplicações de filtros na vida real. Os princípios básicos do projeto de filtro de hardware são relativamente simples, mas parâmetros adicionais entram em ação quando se passa da teoria à aplicação. Por exemplo, considere o projeto de um filtro passa-baixa. Parece simples com apenas dois componentes passivos, um resistor e um capacitor. Mas o período de transição da frequência de corte será extremamente lento porque este é um filtro de primeira ordem.
O período de transição do filtro é definido como o período entre a banda passante e a banda final. A curva de amplitude em relação à frequência vai de alta para baixa, conforme mostrado na figura abaixo. Um filtro passa-baixa de frequência de corte de 1KHz passará os componentes de frequência para 10KHz, mas com menor amplitude. Um filtro de ordem superior pode ser usado para reduzir esse período de transição.
O período de transição de um filtro passa-baixo.
Isso é teoria suficiente. Agora, vamos implementar um filtro passa-baixa seguido por um filtro de rejeição de banda.
A frequência média de uma voz masculina típica é 120 Hz e da voz feminina é 200 Hz. Para este projeto, usaremos o áudio de uma voz humana, adicionando posteriormente uma frequência de ruído de 10KHz. Um filtro passa-baixa é usado para transmitir a voz humana de baixa frequência e interromper o ruído de alta frequência de 10KHz.
O filtro passa-baixa é projetado como um filtro RC e a frequência de corte desse filtro passa-baixa é de 1Khz.
Componentes eletrônicos:
1. Amplificador de áudio TDA2030
2. Fonte de 5V (banco de potência)
3. Conversor Boost para TDA2030
4. Palestrante
A configuração…
A configuração do filtro passa-baixo.
Abaixo você encontrará um vídeo do projeto concluído. O áudio da fala faz parte dos nossos dados, assim como o ruído da onda senoidal de 10KHz. A diferença entre o sinal de áudio e o ruidoso (áudio + onda senoidal de 10KHz) pode ser observada sem o filtro passa-baixa.
Após a aplicação do filtro passa-baixo, o ruído do sinal de áudio é removido ou atenuado.
Observe como o áudio fica mais claro após o uso do filtro passa-baixa. Isso significa que havia mais sinais de ruído de alta frequência no sinal de áudio (fala) do que na onda senoidal de 10KHz.
O filtro passa-baixa remove os componentes de alta frequência do sinal de áudio.
O vídeo…
Outra experiência
Uma aplicação diferente é usada na próxima implementação do filtro passa-baixa. Na eletrônica vários tipos de conversores, incluindo:
- O conversor abaixador, que converte alta tensão em baixa tensão
- O step-up, que converte baixa tensão em alta tensão.
Um dos conversores abaixadores mais famosos é o LM2596.
Explicação
Neste experimento, iremos “reduzir” 22 para 5 volts usando o módulo LM2596. Uma carga resistiva de 2,5 Ohm é usada para extrair a corrente deste módulo. Ao extrair uma corrente alta (como dois ou três amperes) do LM2596, podem ocorrer ondulações na saída.
Usando o filtro passa-baixo LC, é possível remover essas ondulações do módulo LM2596.
Esta imagem demonstra tensão de entrada de 20 V e saída de 5 V do LM2596.
Uma saída de 5V de tensão DC do LM2596.
Agora, vamos conectar uma carga de 2,5 Ohm na saída do módulo LM2596, enquanto extraímos cerca de dois amperes de corrente do módulo LM2596. A corrente pode ser calculada usando a Lei de Ohm.
V = IxR
I = 5/2,5 Amperes.
Depois de conectar a carga, ela consome uma corrente calculada e uma ondulação é exibida no osciloscópio na saída de 5V.
Ondulações na saída, após conectar uma carga de 2,5 e 4,10 ohms em paralelo.
Uma visão aproximada das ondulações na tela de saída do osciloscópio.
Essas ondulações são de 20 kHz, conforme exibidas no osciloscópio. Então, como removemos essas ondulações? Vamos tentar um filtro passa-baixa.
De acordo com a aplicação, precisaremos de CC pura na saída, e CC possui componentes de frequência zero. Mas um filtro passa-baixa deve resolver o problema. Um filtro de 1, 2 ou 3 Khz pode ser usado porque a frequência de ondulação é alta. Escolhemos um filtro passa-baixa LC devido aos requisitos de alta corrente da saída.
Um filtro LC é projetado de acordo com a figura abaixo.
Um filtro passa-baixo de 2,7 KHz
Um filtro LC no PCB
Vamos conectar este filtro passa-baixa projetado na saída do módulo LM2596 e na carga.
A configuração completa, incluindo os filtros passa-baixa com o módulo LM2596 e a carga para remover ondulações.
Após conectar o filtro passa-baixa na saída do LM2596, as ondulações desaparecem. O projeto foi um sucesso! O filtro passa-baixa removeu os componentes de alta frequência da tensão CC. Isso significa que o filtro foi projetado corretamente e está funcionando bem.
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