O que todo engenheiro eletrônico precisa saber: filtros

Existem muitos tipos diferentes de filtros usados ​​em eletrônica. Esses tipos de filtro incluem passa-baixa, passa-alta, passa-banda, parada de banda (rejeição de banda; entalhe) ou passa-tudo. Eles são ativos ou passivos. No domínio da compatibilidade eletromagnética, o objetivo de um filtro é estabelecer um caminho de baixa impedância para a corrente de RF retornar à fonte local de energia e/ou fornecer uma alta impedância para evitar que correntes de RF fluam em um cabo. Esses chamados filtros EMI são frequentemente usados ​​junto com a blindagem adequada para obter conformidade com a compatibilidade eletromagnética (EMC) para produtos elétricos/eletrônicos. Sem dúvida, o tipo de filtro mais útil usado no trabalho de EMC é o filtro passa-baixa passivo.

Os outros tipos de filtros passivos, como passa-alta, passa-faixa e rejeita-faixa, não são tão comuns quanto o filtro passa-baixa para trabalhos de EMC e não são abordados neste artigo. Mais informações sobre esses outros tipos de filtro podem ser encontradas nas referências listadas no final deste artigo.

Filtro passa-baixa RC

Um filtro passa-baixa é um filtro que permite que sinais com frequência menor que uma frequência de corte específica passem por ele e deprime todos os sinais com frequências além da frequência de corte. O tipo mais básico de filtro passa-baixa é chamado de filtro RC, ou filtro tipo L devido ao seu formato, com o elemento resistivo na linha de sinal e o capacitor colocado da linha ao chassi, esses dois elementos do circuito formam a forma de um L invertido.

Em um filtro passa-baixa RC, a frequência de corte ocorre na ressonância, onde a reatância capacitiva (Xc) é igual à resistência (Xc =1/2πfC, ou 1/wC, w = 2πf). Às vezes, o resistor não é necessário e apenas um único capacitor colocado através de uma linha até o aterramento de referência sem um resistor instalado pode ser tudo o que é necessário para suprimir qualquer ruído indesejado. Um dispositivo que apresente ao circuito uma alta impedância CA, mas ao mesmo tempo não afete a qualidade do sinal, pode ser usado em situações onde a queda de tensão no resistor em série não pode ser tolerada. Este dispositivo é chamado de cordão de ferrite. Além de sua limitação de frequência, as ferritas também podem ficar facilmente saturadas quando há muita corrente CC presente no circuito. As ferritas são ineficazes se estiverem saturadas e se a corrente CC for muito alta, usar uma ferrita como elemento na passagem baixa pode não ser uma opção. Além disso, dependendo de quão alta é a impedância da fonte ou carga que requer filtragem, as ferritas podem não funcionar porque são consideradas de baixa impedância e não funcionarão se a impedância do circuito for maior que sua impedância.

Topologias básicas de filtro

Além do filtro passivo tipo L, existem algumas outras configurações básicas de filtro. Esses filtros de múltiplos elementos são úteis em situações onde a faixa de frequências envolvidas é muito grande e impossível para um filtro de um componente atenuar totalmente com sucesso ou o sinal tem amplitude muito alta e um elemento de filtro não fornece atenuação suficiente. Adicionar um segundo componente reativo aumentará o roll off para 12 dB/oitava ou 40 dB/década. Esses tipos de filtros são chamados de vários nomes, como filtros de pólo duplo, dois estágios, dois elementos ou filtros de segunda ordem. Filtros com três componentes reativos fornecerão atenuação de 18 dB/oitava ou 60 dB/década. Quatro filtros de componentes reativos fornecerão atenuação de 24 dB/oitava ou 80 dB/década e assim por diante.

Além disso, diferentes formatos de filtro são usados ​​dependendo das impedâncias da fonte e da carga do circuito que requer filtragem. Esses diferentes tipos são usados ​​para incompatibilidade de impedância entre a fonte do circuito e as impedâncias de entrada e saída da carga e impedâncias de entrada e saída do filtro. Assim como o filtro tipo L, esses outros dois tipos recebem nomes de acordo com suas formas visuais nos diagramas de circuitos. O primeiro é o filtro π e o segundo é o filtro passa-baixa do filtro T.

Filtro P

O filtro passa-baixa π se parece com a letra grega π. Possui um capacitor da linha a ser filtrada para retornar, um elemento em série no circuito (resistor, indutor ou ferrite) e depois outro capacitor da linha a ser filtrada para retornar.