Filtro passa-alto passivo

Anteriormente, discutimos o filtro passa-baixas passivo, agora é a hora de dar uma olhada no filtro passa-altas passivo.

Da mesma forma que antes, se você olhar para o nome, ele mostra “Passivo”, “Alto”, “Passa” e “Filtro”. Então, como o nome sugere, é um filtro que vai bloquear as frequências baixas, mas passar as frequências altas acima do valor pré-determinado, que será calculado pela fórmula.

É “passivo”, o que significa sem alimentação externa, sem amplificação do sinal de entrada; faremos o circuito usando componentes “passivos” que não requerem nenhuma fonte de alimentação externa. Os componentes passivos são iguais aos do filtro passa-baixo, mas a ordem de conexão será exatamente invertida. Os componentes passivos são Resistor (R) e

Capacitor (C). Novamente, é uma configuração de filtro RC.

Vamos ver o que acontece se construirmos o circuito e verificarmos a resposta ou “Gráfico de Bode”…

Aqui está o circuito nesta imagem:

Este é um filtro RC. Geralmente, um sinal de entrada é aplicado a esta combinação em série de capacitor não polarizado e resistor. É um filtro de primeira ordem, pois há apenas um componente reativo no circuito que é o capacitor. A saída filtrada estará disponível no resistor. A combinação desta dupla é exatamente oposta ao filtro passa-baixo. Se compararmos o circuito com o filtro passa-baixa, veremos que a posição do resistor e do capacitor é trocada.

Como funciona o filtro High Pass?

Em frequências baixas, a reatância do capacitor será muito grande, agindo como um circuito aberto e bloqueando o sinal de entrada abaixo do ponto de frequência de corte (fc). Mas quando o ponto de frequência de corte atingir a reatância do capacitor começará a reduzir e permitirá que o sinal passe diretamente. Veremos isso em detalhes na curva de resposta de frequência.

Aqui está a curva de como ela se parece na saída do capacitor: -

Resposta de frequência e frequência de corte

Esta é a curva de resposta de frequência desse circuito de filtro passa-altas de primeira ordem.

f c É a frequência de corte do filtro. No ponto de -3dB, o sinal pode passar. Este -3dB também denota a frequência de corte. De 10 Hz até a frequência de corte, o sinal não pode passar, pois a frequência é baixa, neste ponto é a parte da banda de parada onde o sinal não pode passar do filtro, mas acima da frequência de corte após -3dB a porção é chamada de posição de banda de passagem onde o sinal pode passar. A inclinação da curva é de + 20dB por década. Exatamente o oposto do filtro passa-baixa.

A fórmula de cálculo do ganho é a mesma que usamos em nosso tutorial anterior no filtro passa-baixo passivo.

Ganho (dB) = 20 log (Vout / Vin)

Após o sinal de corte, as respostas do circuito aumentam gradualmente para Vin de 0 e esse incremento acontece a uma taxa de + 20dB / década. Se calcularmos o aumento por oitava, será de 6dB.

Esta curva de resposta de frequência é o gráfico de Bode do filtro passa-altas. Ao selecionar o capacitor e o resistor adequados, podemos interromper as frequências baixas, limitar a passagem do sinal pelo circuito do filtro sem afetar o sinal, pois não há resposta ativa.

Na imagem acima, há uma palavra largura de banda. Significa depois de qual freqüência o sinal permitirá a passagem. Portanto, se for um filtro passa-alta de 600 Khz, a largura de banda será de 600 Khz até o infinito. Pois vai permitir a passagem de todos os sinais acima da freqüência de corte.

Na frequência de corte teremos ganho de -3dB. Nesse ponto, se compararmos a amplitude do sinal de saída com o sinal de entrada, veremos que a amplitude do sinal de saída seria 70,7% do sinal de entrada. Também no ganho de -3dB, a reatância capacitiva e a resistência seriam iguais. R = Xc.

Qual é a fórmula da frequência de corte?

A fórmula da frequência de corte é exatamente a mesma do filtro passa-baixas.

f c = 1 / 2πRC

Portanto, R é a resistência e C é a capacitância. Se colocarmos o valor, saberemos a frequência de corte.

Cálculo da tensão de saída

Vamos ver a primeira imagem, o circuito onde 1 resistor e um capacitor são usados para formar um filtro passa-altas ou circuito RC.

Quando o sinal DC é aplicado através do circuito, é a resistência do circuito que cria queda quando a corrente está fluindo. Mas no caso de um sinal CA não é a resistência, mas a impedância é responsável pela queda de tensão, que é medida em Ohms também.

No circuito RC, existem duas coisas resistivas. Um é a resistência e o outro é a reatância capacitiva do capacitor. Portanto, precisamos medir a reatância capacitiva do capacitor primeiro, pois será necessário calcular a impedância do circuito.

A primeira oposição resistiva é a reatância capacitiva, a fórmula é: -

Xc = 1 / 2πfC

A saída da fórmula será em Ohms, pois Ohms é a unidade de reatância capacitiva por ser uma oposição significa Resistência.

A segunda oposição é o próprio resistor. O valor do resistor também é uma resistência.

Então, combinando essas duas oposições, obteremos a resistência total, que é a impedância no circuito RC (entrada do sinal AC).

Impedância denota como Z

A fórmula é: -

Como discutido antes, na baixa frequência, a reatância do capacitor é muito alta para que ele atue como um circuito aberto, a reatância do capacitor é infinita na baixa frequência, então ele bloqueia o sinal. O ganho de saída é 0 naquele momento e, devido ao bloqueio, a tensão de saída permanece 0 até que a frequência de corte seja atingida.

Mas em alta frequência acontecerá o oposto a reatância do capacitor está muito baixa para atuar como um curto-circuito, a reatância do capacitor é 0 em alta frequência então ele passa o sinal. O ganho de saída é 1 naquele momento, ou seja, situação de ganho de unidade e devido ao ganho de unidade, a tensão de saída é a mesma que a tensão de entrada após a frequência de corte ser atingida.

Exemplo com cálculo

Como já sabemos o que realmente está acontecendo dentro do circuito e como descobrir o valor. Vamos escolher valores práticos.

Vamos pegar o valor mais comum em resistor e capacitor, 330k e 100pF. Selecionamos o valor porque está amplamente disponível e é mais fácil de calcular.

Vamos ver qual será a frequência de corte e qual será a tensão de saída.

A frequência de corte será: -

Resolvendo esta equação, a frequência de corte é 4825 Hz ou 4,825 KHz.

Vamos ver se é verdade ou não…

Este é o circuito do exemplo.

Como a resposta de frequência descrita anteriormente na frequência de corte, o dB será

-3dB, independentemente das frequências. Vamos pesquisar -3dB no sinal de saída e ver se é 4825 Hz (4,825 KHz) ou não.

Aqui está a resposta de frequência: -

Vamos definir o cursor em -3dB e ver o resultado.

Como podemos ver a resposta de frequência (também chamada de gráfico de Bode), definimos o cursor em -3,03dB e obtemos a frequência de largura de banda de 4,814 KHz.

Mudança de fase

Ângulo de fase denota como φ (Phi) estará na saída é +45

Esta é a mudança de fase do circuito, usada como exemplo prático.

Vamos descobrir o valor do deslocamento de fase na frequência de corte: -

Colocamos o cursor em +45

Este é um filtro passa-altas de segunda ordem. CAPACITOR e RESISTOR são a primeira ordem e CAPACITOR1 e RESISTOR1 são a segunda ordem. Em cascata, eles formam um filtro passa-alto de segunda ordem.

O filtro de segunda ordem tem uma função de inclinação de 2 x + 20dB / década ou + 40dB (12dB / oitava).

Aqui está a curva de resposta: -

A inclinação é de + 20dB / Década e a vermelha na saída final, que possui uma inclinação de + 40dB / Década.

Isso calculará a frequência de corte do circuito passa-altas de segunda ordem.

Assim como o filtro passa-baixas, não é tão bom colocar em cascata dois filtros passa-altas passivos, pois a impedância dinâmica de cada ordem de filtro afeta outra rede no mesmo circuito.

Formulários

O filtro passa-baixa é um circuito amplamente utilizado na eletrônica.

Aqui estão alguns aplicativos: -

Receptor de áudio e equalizador
Sistema de controle de música e modulação de frequência de agudos.
Gerador de funções
Cathode Ray Television and Oscilloscope.
Gerador de onda quadrada de onda triangular.
Geradores de pulso.
Geradores de rampa para etapa.