O que este artigo trata:
Este artigo tem por objetivo mostrar os contratempos, considerações e passos práticos que percorri para construir e levantar a curva de um filtro LC capaz de cortar frequências acima de 20KHz utilizando um osciloscópio e um gerador de varredura.
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Preciso desse filtro para me ajudar a resolver outro problema que estou enfrentando, que é a necessidade de eliminar a interferência de RF de um cabeçote (amplificador de guitarra / baixo) que estou projetando.
Um pouco de teoria e fontes que consultei:
Filtros é um tema que envolve bastante teoria. Caso você queira, segue o link de uma publicação dos professores Fernando Luiz Rosa Mussoi e Carlos G. Esperança sobre o comportamento da resposta em frequência em filtros passivos, muito bem escrito por sinal:
E aqui um curso do MIT sobre filtros:
E aqui o vídeo do Dave, do site EEVBlog que é a base desse artigo
Cabeçote para Baixo tocando Gospel
Eu estou desenvolvendo um amplificador que será tema de um artigo futuro. Nesse projeto do amp, eu me deparei com uma situação que atormenta a vida de qualquer um que resolva projetar circuitos de áudio, que é a maldita interferência de RF.
Quem já se aventurou nessa praia sabe que é muito fácil ter o captador do Baixo ou da Guitarra funcionando como uma antena, sintonizando ondas de rádio que são amplificadas pelos demais circuitos de áudio, atrapalhando e distorcendo o som dos instrumentos. Nesse caso, esse problema está transformando meu projeto em um singelo receptor de rádio Gospel.
Característica do filtro que eu preciso:
Considerando que o ouvido humano consegue escutar sons entre 20Hz e 20KHz (vide aqui e aqui), a saída para esse comportamento bizarro [a interferência de RF e nada contra o Gospel] é calcular e colocar uma série de filtros na etapa do pré do amplificador, ou em algum lugar desde que não interfira no processamento de áudio. Ou seja, qualquer filtro que corte frequências acima de 20KHz, bem instalado, supostamente pode vir a funcionar.
Segue abaixo o diagrama em blocos do que pretendo resolver, lembrando que se trata de um esquema genérico.
Sou brasileiro, não desisto.
Quem já procurou, sabe que não é simples implementar esse tipo de solução. Aplicar a teoria na prática nem sempre dá muito certo porque há muitos fatores que precisam ser levados em consideração no cálculo de filtros com indutores.
Fora o cálculo do indutor que precisa levar em conta variáveis como resistividade do fio, tipo de núcleo (ar, ferrite, ferro), geometria do molde da bobina e composição do ferrite por exemplo, temos até o próprio circuito do amplificador acaba interferindo no comportamento do filtro.
Pensando apenas no componente, mesmo que você insista em ir na Rua dos Andradas, (vide mapa) para comprar um núcleo de ferrite ou um indutor, de digamos de 27mH, dificilmente você conseguirá adquirir esses produtos acompanhados de sua ficha técnica, fora que o fio esmaltado será vendido no mínimo em 100gramas e você vai precisar de 2 ou 3 metros (vai jogar dinheiro fora).
Na verdade, é mais fácil você não encontrar nem o indutor e nem o ferrite a menos que esteja envolvido com o desenvolvimento de um produto, cujo fornecedor dos componentes de sua empresa tem por obrigação lhe passar as informações necessárias e ou dentro das especificações que você requisite.
Considerando que você foi contra tudo e todos, que conseguiu seu indutor ou o núcleo de ferrite e o fio esmaltado, não importa se comprando ou reaproveitando algum lixo eletrônico, induzido de motor, rádio velho, fonte de CPU e etc, podemos seguir adiante.
Eu fui contra tudo e todos:
Rodei a R. dos Andradas e arredores (esquece a R. Sta Ifigênia) e acabei arrumando alguns ferrites conforme a foto abaixo.
Conforme figura abaixo, enrolei 3 indutores, um com 20 e um com 47 voltas usando fio de WireWrap e outro com fio esmaltado com 76 voltas.
Em tempo, conforme figura abaixo, o fio esmaltado é de 0,29mm de diâmetro (contando o esmalte de isolação) 0,22mm de diâmetro (sem o esmalte de isolação) e foi retirado do induzido de um motorzinho de 12Volts de trava elétrica. Eu precisei mais ou menos dois metros de fio. Os dois indutores que fiz com fio WireWrap, embora tenham outras aplicações, não funcionaram como eu queria e nem vou falar deles.
Levantando a resposta em frequência de um filtro LC.
O que vem a seguir, é como a gente pode usar um gerador de sinal, com função de varredura e um osciloscópio para levantar a curva característica de funcionamento de um filtro LC corta alta e ver se o circuito está funcionando dentro do esperado.
Já tenho meu indutor e montei o circuito de teste conforme figura abaixo. O gerador de varredura foi configurado para injetar um sinal senoidal variando linearmente entre 10KHz e 100KHz em ciclos de 1 segundo.
O vídeo a seguir mostra como eu configurei o osciloscópio para levantar a curva característica do filtro.
Segue abaixo a tabela e a impressão da tela do osciloscópio mostrando o comportamento do filtro corta alta utilizando o indutor (fio esmaltado) com capacitores de 1, 1,5 e 2,7nF respectivamente. Lá no artigo dos professores Fernando e Carlos explica porque eu multiplico a tensão do sinal de entrada por 0,707 para descobrir a frequência de corte do filtro.
| Capacitor | 1nF | 1,5nF | 2,7nF |
|---|---|---|---|
| Tensão máxima (V) | 2,94 | 3,12 | 3,42 |
| Tensão na freq de corte (V) ponto -3dB | 2,08 | 2,20 | 2,41 |
| Frequência de corte (KHz) | 37 | 31,6 | 22,6 |
Bom, o filtro está feito. Tirar o ruído e ver se o filtro vai servir é outra história.
Aguarde os próximos capítulos e grande abraço.
By Renato de Pierri
08/Dezembro/2016