EL413 LABOATÓIO DE ELETÔNIA ANALÓGIA II ENGENHAIA ELÉTIA LABOATÓIO N O 7: AMPOP FILTOS ATIVOS Fltrs sã crcuts elétrcs que permtem passagem de crrente u tensã em uma faxa de freqüêncas e nbem a passagem em utras freqüêncas. Fltrs atvs cm AmpOp s utlzam apenas crcuts (resstres e capactres) n el de realmentaçã negatva e/u pstva e sã classfcads em funçã da banda passante e em funçã da rdem d fltr: Passa Baxa (Lw Pass - LP) Passa Alta (Hgh Pass - HP) Passa Faxa (Band Pass - BP) rta Faxa (Band eject u Ntch) Defasadr (All Pass) Varável de Estad (LP, HP e BP) O AmpOp pdera ser utlzad apenas cm buffer para slar a carga d crcut d fltr. Desta frma a carga nã alterara cmprtament d fltr. Prém, cm acréscm de alguns resstres e capactres cnsegurems mplementar fltrs atvs mas pderss e à bax cust adcnal. O estud sbre fltrs é tã vast que exstem várs lvrs especalzads dspníves. Para estud mas aprmrad cm análse de senstvdade (desempenh d fltr em funçã da varaçã da resstênca e da capactânca) recmendams lvr : J.G.Graeme, G.E.Tbey and L.P Huelsman, Operatnal Amplfers Desgn and Applcatns; Burr-Brwn / McGraw Hll, 1971. Duas estrutura de fltrs largamente estudads sã: MFB- Multple Feed Back VVS- Vltage ntrlled Vltage Surce MFB Y1 Y4 Y Y3 - Y b E( s) Y1 Y3 E( s) Y ( Y Y Y Y ) Y Y VVS 1 3 4 3 4 Y4 Y1 Y3 K Y Y V Kf / - f V V E( s) K Y1 Y3 E( s) Y ( Y Y Y Y ) [ Y Y (1 K) Y ] 1 3 4 1 3 UNIFEI-IESTI Kazu Nakashma www.elt09.unfe.edu.br kazu@unfe.edu.br
1- FILTO PASSA FAIXA ELT413 - Labratór N 7 AmpOp Fltrs Atvs Q ( Q H ) ϖ ( π f ) ( / ) 1 1.1- ter para prjet: 1 s E ( s) 1 4 E ( s) 1 1 1 1 1 1 s s 3 4 3 4 1 I-Frmulár H Q 3 1 3 4 1 1 1 ω 34 1 1 3 4 4 3 Fazend 3 4 btems mar valr de Q além de facltar a especfcaçã ds cmpnentes H 1 1 ω 1 1 Q 1 Q Q ϖ π f Q 1 H ϖ H Prjetar um fltr passa faxa especfcand exatamente s três parâmetrs é mut trabalhs. Geralmente especfcams exatamente a freqüênca central f e ganh nesta freqüênca H. O fatr de qualdade Q é especfcad cm certa flga. Pr exempl: f60 H1 Q Esclher 100nF Especfcar Q π f 6, 8kΩ π.60.100n Pderíams esclher 70kΩ, prém cm Q pde ser mar u gual a, esclhems 300kΩ que facltará a especfcaçã de 1. Se fsse mar que 1MΩ deveríams aumentar a capactânca para dmnur valr de. Especfcar 1 1 H 300k 1 10kΩ. 1 Esclher valr cmercal mar mas próxm. A precsã d resstr cmprmeterá a precsã de H. 1 10kΩ UNIFEI-IESTI Kazu Nakashma www.elt09.unfe.edu.br kazu@unfe.edu.br
ELT413 - Labratór N 7 AmpOp Fltrs Atvs 3 Se estvéssems esclhd 70kΩ, deveríams ter 1 13,0kΩ. O valr cmercal mas próxm é 133kΩ u 137kΩ da sére E96. Neste cas partcular sera mas prátc nstalar ds resstres de 70kΩ em paralel n lugar de 1. Especfcar ( π f ) ( / 1 ) Para que exsta sluçã é necessár que a equaçã acma seja pstva. Prtant ( Q H ) > 0 300k ( π )..60.300 k.100 n (300 k /10 k),38kω Este resstr é respnsável pr f. Se quserms fazer um pequen ajuste em f, u seja, fazer a sntna fna deste fltr passa faxa, devems nstalar um ptencômetr em sére cm um resstr n lugar de. f f( OLD) f ( NEW ) ( NEW ) ( OLD) ( NEW ) ( OLD) f ( OLD) ( NEW ) Para cmpensar a tlerânca ds demas cmpnentes, prncpalmente ds capactres, especfcarems de tal frma que permta um ajuste de f em ±10%, u seja, f NEW (0,9 a 1,1) f OLD. NEW 1 1,38 k... 0,9 1,1 1,968 k...,941k NEW MINIMO p NEW MAXIMO ESOLHIDO 0 1,8k e p 1,k sera a sluçã cnfrme a regra acma. Pdems arrscar p (0.1 a 0,),38kΩ 38, a 476,4Ω 330 u 470Ω. p 470Ω - p /.38k-470/,147kΩ pdems esclher,0kω u,kω da sére E4 u,1kω da sére E96,0kΩ b 300kΩ L kω 1. - ter para Ajuste O snal V devera ser frnecd pr um transfrmadr que apresente tensã n secundár menr que 7Vrms, para nã ultrapassar 10Vde pc na saída d AmpOp. Na falta deste transfrmadr utlzarems um geradr de funções que prduza sendal de até 10V de pc (0 V pc a pc). Lgar a almentaçã d AmpOp (±1V) Ajustar sclscóp em H1V/DIV-D, POS. ENTAL HV/DIV-D, POS. ENTAL TIME BASEms/DIV TIGGEH1; AUTO, SLOPE Obs: Use acplament D sempre que pssível. O acplament A pde alterar a defasagem em baxas freqüêncas. Ajustar geradr de funções em exatamente 60, 4V de pc. Etapa 1- Ajuste de f Ajuste ptencômetr até bter a máxma ampltude na saída. O snal de saída deve estar defasada exatamente em 180º em relaçã a snal de entrada. Mude cmand d sclscóp para md X-Y. Ajustar ptencômetr até bservar uma reta. XV YV,0kΩ e p 1,0kΩ Uma sluçã mas rápda sera esclher um ptencômetr cm valr entre 10% e 0% de e - p /. UNIFEI-IESTI Kazu Nakashma www.elt09.unfe.edu.br kazu@unfe.edu.br
4 ELT413 - Labratór N 7 AmpOp Fltrs Atvs 60.06 Trg -.8 V H1 Aumentar a freqüênca até snal de saída atngr 10Vpp ( dvsões vertcas pc a pc). Medr a freqüênca e a defasagem entre snal de entrada e de saída. 6.18 Trg H1 V V ms V V ms f H Fase graus Dmnur a freqüênca até snal de saída car para 10V nvamente. Medr a freqüênca e a fase. Etapa - BW, Q, H Utlze um geradr de funções para executar esta etapa. Medr a ampltude d snal de saída e calcular ganh (H deve ter valr mut próxm de 1 cnfrme prjetad) H Aumentar a ampltude d snal de entrada até bter 14Vpp na saída (7 dvsões vertcas pc a pc). Ajuste a psçã vertcal ds ds canas cnfrme sclgrama abax. f L Fase graus BW f f H L Q f / BW O valr d fatr de qualdade Q deve ser mar que cnfrme prjetad. UNIFEI-IESTI Kazu Nakashma www.elt09.unfe.edu.br kazu@unfe.edu.br
ELT413 - Labratór N 7 AmpOp Fltrs Atvs Etapa 3 - Furrer Aplcand uma nda quadrada neste fltr, a saída será uma sendal segund Furrer. Aplque uma nda quadrada de 60 e deps 30 e 1, (1/1, 1/ e 1/4) de f respectvamente. A ampltude da sendal deve ser gual à harmônca crrespndente. f/fc f V Av Av db 1/10 1/ 1/ 1 10 Tabela 1-Freqüênca nrmalzada f H f L f H Etapa 4- urva de respsta em freqüênca Para aprender mas um puc sbre este fltr mudarems a freqüênca central para 1k. Para mudar a freqüênca central de 60 para 1k pderíams trcar s capactres para 6nF, um valr nã cmercal. m nss estque de capactres é pequen, substturems s capactres para 10nF. A substtuçã ds capactres alterará a freqüênca na mesma prprçã, u seja, fc600 Para sntnzar em 1k alterarems ( / ) f f ( NEW ) ( OLD) OLD NEW nv Q 9,38 ( ),38k 600 /1000 0,87kΩ Para utlzar mesm trmpt de 1kΩ da etapa anterr, utlzarems um resstr de 360Ω em sére (0,87k- 1k/0,37kΩ). V10Vp, 1k. Sntnzar fltr. Ajustar a freqüênca cnfrme a tabela abax, medr a tensã de saída e calcular ganh. Transfra s resultads para um gráfc mnlg para desenhar a curva de respsta em freqüênca deste fltr. BW Q Os valres encntrads sã mens precss prque este tp de crcut está perand n lmte técnc, Q<10. Para Q<100 exstem crcuts cm ds AmpOp s. O ajuste fn para sntnzar fltr f fet cm relatva facldade utlzand um smples ptencômetr ¾ de vlta prque f especfcad na medda exata da necessdade. Se a resstênca fsse substtuída pr um ptencômetr de mar resstênca prcess de ajuste sera mut mas dfícl. Mesm bem sntnzad este crcut sfre grande nfluênca da temperatura devd à varaçã da resstênca e prncpalmente da capactânca cm a temperatura. Prtant a utlzaçã de cmpnentes precss e termcamente estáves é mprescndível. Observe que BW é cnstante prém fltr é mas seletv para f mar. BWf f1 para 0,707 H (u -3dB). f Lw f1 f Hgh f 0Lg(0,707)-3dB UNIFEI-IESTI Kazu Nakashma www.elt09.unfe.edu.br kazu@unfe.edu.br
6 ELT413 - Labratór N 7 AmpOp Fltrs Atvs f H f1(-3db) f(-3db) BW Q 3kΩ 3, 1 48,4 9, 10,8 4,9 kω 6,4 1 60, 71,0 10,8 6,0 0 - FILTO PASSA BAIXA O fltr passa baxa de prmera rdem, -0dB/decada (u -6dB/tava), cm entrada dferencal, é apresentad na fgura segunte. V 1 - V Inversr... nvencnal UNIFEI-IESTI Kazu Nakashma www.elt09.unfe.edu.br kazu@unfe.edu.br
ELT413 - Labratór N 7 AmpOp Fltrs Atvs 7 Frmulár: 1 f 1 φ tg tg ( π f ) fc 0º φ 90º f c 1 π A A A 1 ( f / f ) 1 ( π f ) A A ( f / ) 1 1 c 1 tg ( φ) tg tn arc tg arc tan gente Prjet: Snal de entrada... 18Vrms Snal de saída... 10Vpc freqüênca... 60 defasagem... 60º Esclher 100nF tg( φ) π f tg(60º ). π.60.100n 4,944kΩ 47kΩ V. p V p 1tg ( φ ) 18 47k 10 1tg (60) 9,81kΩ Observe que estams utlzand mesm valr de capactânca d crcut anterr prpstalmente. O estque de 100nF servrá para s ds crcuts (e utrs futurs). 6kΩ u 6kΩ (sére E4) nsderand tlerânca de ±% na capactânca, a defasagem será -1 f tg (. π.60.47k.100n.(0,9...1,0)) 9,8º...61,74º 03 DEFASADO (ALL PASS FILTE) I- Frmulár V V 1 1 φ. tg ( π f ) tg( φ / ) π f II- Prjet: f 60 φ 10 f Esclher 100nF alcular tg(10º / ) 4,944k. π.60.100n Ω Se a capactânca tver tlerânca de ±10%, a resstênca deverá varar na faxa de 4,944kΩ (0,9...1,1) 41,76 kω...1,04 kω Para um ajuste fn pdems utlzar um ptencômetr em sére cm um resstr UNIFEI-IESTI Kazu Nakashma www.elt09.unfe.edu.br kazu@unfe.edu.br
8 ELT413 - Labratór N 7 AmpOp Fltrs Atvs MINIMO p MAXIMO 39kΩ p 1, 04kΩ 39kΩ 1, 04kΩ p 1kΩ Pdems arrscar 10k III- Ajustes Aplcand um snal sendal de 10V de pc e 60, snal de saída será uma sendal de mesma ampltude prem defasad em um ângul lgeramente mar que 10º. Uma vez que este ajuste é utlzad apenas para cmpensar a tlerânca n valr da capactânca, e cm uma regra de prjet é utlzar menr númer de ptencômetr pssível, utlzarems utr métd que cnsste em nstalar um resstr prefxad FIX e deps nstalar utr X em paralel FIX MAXIMO FIX 1kΩ T. ms Trg H1 Para determnar valr de x devems nstalar um ptencômetr de 470kΩ a 1MΩ em paralel cm FIX através de garras jacaré. Ajustar ptencômetr até bter a defasagem desejada. etrar ptencômetr e medr a resstênca. Instalar um resstr x defntv. O valr estmatv de X é FIX X tg( φmedido / ) 1 tg( φdesejado / ) f.4,944kω91,888kω O valr esclhd devera ser 91kΩ, prém cm este valr nã é crítc, esclherems 100kΩ que é um valr mas fácl de ser encntrad. A únca exgênca é que estes ds resstres devem ter mesm valr. f100kω; 1% V V ms Sstema trfásc Se utlzarms um fltr passa baxa em cascata cm ds defasadres de 10º cnsegurems prduzr um sstema trfásc a partr de um sstema mnfásc. Obs.: Este sstema nã serve para prduzr ndas trfáscas de freqüênca varável. Itajubá, MG, julh de 016 00, 1997 UNIFEI-IESTI Kazu Nakashma www.elt09.unfe.edu.br kazu@unfe.edu.br