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Amplificador Operacional  
Aula12: Filtros Ativos

1. Filtros

    Genericamente, filtros são circuito que deixam  passar  só sinais de  determinadas  freqüências, atenuando outras. Podemos ter os seguintes  tipos de  filtros:

a)     Filtros  Passa Altas ( FPA)

b)     Filtros Passa Baixas (FPB)

c)      Filtro Passa Faixa ( FPF)

d)   Filtro Rejeita Faixa ( FRF)

A Figura 1 mostra a curva de resposta ideal e real de filtros FPA,  FPAB, FPF e FRF  :

    Na  prática não é possível ter  essas curvas  devido a limitações  nos elementos que constituem esses filtros. Existem varias  maneiras  de  construí-los. Podem ser construídos  só com elementos passivos (resistores, indutores e capacitores) por isso mesmo são chamados de filtros passivos. A sua principal vantagem é não necessitarem de fonte de alimentação, porém são caros,  volumosos, não produzem inclinação  maior do que 20dB/década e o ganho é menor do que 1.
      Os filtros ativos  por outro lado apesar  de necessitarem de alimentação externa  são bastante populares pois  podem ter  inclinação maior  do que 20dB/década. Existe uma variedade  muito grande de tipos de filtros ativos (Butterworth, Chebyshev, Bessel e outros), cada um com uma característica. Para simplificar, consideraremos somente o tipo Butterworth o qual apresenta uma máxima resposta plana.

    Os filtros ativos se classificam de acordo com o numero de redes RC que possuem (ou o numero de pólos). Quanto maior o numero de redes RC maior  a queda (atenuação). Assim sendo temos  filtros com atenuação de 20dB/Década (1 pólo), 40dB/Década (2 pólos), 60dB/Década (3 pólos), etc.

2. Filtro Passa Baixas de um Pólo

A seguir na figura02 um filtro ativo  passa baixas de um pólo. Para esse circuito a expressão do ganho (Vs/Ve) é dada por:

3. Curva de Resposta em Freqüências
   

Curva de Resposta em Freqüência do Ganho

É um gráfico que  relaciona o ganho (em dB)  com a freqüência do sinal de entrada. A figura03 mostra o gráfico relacionando o ganho com a freqüência do circuito da figura02

Figura 03: Curva de resposta em freqüência com indicação da freqüência e ganho por cursores - cursor 1 (10Hz;13,958dB), cursor 2 (150Hz;10,969dB)

Lembrando que, na freqüência de corte  o valor do ganho é 3dB menor do que no patamar (definição), logo para o circuito acima no patamar o ganho vale 13,958dB, portanto na freqüência  de corte o ganho deverá valer 10,958dB.

Curva de Resposta em Freqüência da Fase do Ganho   

A fase do ganho também muda com a freqüência. Muito abaixo da freqüência de corte a defasagem entre Vs e Ve é nula (as duas tensões estão em fase). Na freqüência  de corte a defasagem entre Vs e Ve  e -45º, sendo que a tensão de saída estará atrasada em relação à entrada. Para freqüências muito acima da de corte essa defasagem tende para -90º.

A figura 4 mostra o gráfico relacionando a fase do ganho com a freqüência do circuito da figura02

 
Figura 04: Curva de resposta em freqüência da fase do ganho

4. Experiência 21 - Filtro Passa Baixas de  Primeira Ordem

4.1. Abra o arquivo Exp21.CIR, ou ExpAO22 (Multisim 10.1)  e identifique o circuito da figura 2. Ative-o.Meça a freqüência de corte executando uma analise AC ou usando traçador do Diagrama de Bode (Bode Plotter). Anote  esse valor na tabela I. Anote também o valor do ganho nessa freqüência. Em seguida  ajuste o curso em uma freqüência em uma freqüência 10 vezes a freqüência de corte. Anote o valor do ganho nessa freqüência.

( a )

( b )

Figura 05: Filtro Passa Baixas de Primeira Ordem

Tabela I: FPB de primeira ordem - calculo e medida da frequencia de corte

4.2.  Com  o gerador de funções em onda  senoidal e amplitude de 1Vpp (0,5Vpico). meça   o valor da tensão de saída de pico a pico  para as freqüências  da tabela. Anote também a  defasagem entre Vs e Ve.

Tabela II:: FPB de primeira ordem - medindo e calculando a amplitude da saída em diferentes frequencias  

4.3.Para cada valor de freqüência da tabela III, meça o valor da saída de pico a pico (Vspp), em seguida efetue os cálculos de Vspp/Vepp, e 20.logVspp/Vepp. 
Com os dados da tabela levante  o gráfico do ganho (20.logVspp/Vepp ) em função da freqüência. Use papel monolog, sendo na vertical escala de ganho  linear (dB) e na horizontal escala de freqüências  logarítmica .
Considerar Ve=1Vpp.

 Tabela III: FPB de segunda ordem - Medindo o ganho para diferentes frequencias

 4.4. Conclusões:

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