Filtro passa-baixa e suas aplicações!
Neste artigo o Mundo da Elétrica apresenta elementos que são fundamentais na elétrica, como elétrica de potência e sistemas de comunicação por exemplo. Iremos abordar o que são filtros, o que é filtro passa baixa, para que serve filtro passa baixa e como funciona um filtro passa baixa. Vamos lá!
O que são filtros?
Na eletrônica é onde os filtros oferecem diversas aplicações, sendo amplamente utilizados para processamento de sinais, áudio, vídeo e dados, além de também serem usados em sistemas de alimentação, de telecomunicações, controle, entre outras aplicações.
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Como o próprio nome sugere o filtro tem a capacidade de filtrar, mas filtrar o que exatamente? Um filtro elétrico, tem como função selecionar ou rejeitar uma ou várias faixas frequência de um determinado sinal eléctrico.
É importante destacar que existem técnicas que são usadas para obter filtros elétricos, isto é, temos a técnica passiva e a técnica ativa. Os filtros passivos são aqueles que usam essencialmente componentes passivos como por exemplo, resistores, capacitores e indutores.
Já os filtros ativos também podem conter elementos passivos e outros. É importante mencionar que os filtros têm um ganho, Para quem não sabe, o ganho não possui uma unidade de medida e é adimensional, ele é apenas a relação entre o sinal de saída pelo sinal de entrada. O ganho de um filtro passivo sempre será menor que 1 e o ganho de um filtro ativo pode ser maior que 1.
Filtro passivo passa-baixa
Os filtros passivos passa-baixa são circuitos que permitem a passagem de sinais de baixa frequência e reduzem a intensidade de sinais de alta frequência, ou seja, a partir de uma frequência de referência ele permite que frequências mais baixas que ela passem livremente e frequências mais altas sejam atenuadas, por isso o seu ganho será de no máximo 1.
Filtro passivo passa-baixa – Funcionamento
Os circuitos dos filtros passivos passa-baixa são compostos por uma resistência e um capacitor, que são conectados em série. O sinal de saída já filtrado fica em paralelo com o capacitor, assim como um divisor de tensão, como podemos observar na imagem abaixo.
Circuito de um filtro passivo passa-baixa.
Antes de iniciar a explicação é preciso ter conhecimento sobre alguns conceitos de eletricidade e principalmente como se comporta um capacitor em circuitos de corrente alternada e circuitos de corrente contínua.
É possível entender o funcionamento do filtro passa baixa através de duas explicações, sendo que uma devemos levar em consideração a reatância capacitiva e a outra maneira é o do tempo de carrega e descarrega do capacitor.
Primeiro, vamos entender através da reatância capacitiva. Quando o capacitor é submetido à sinais alternados ele apresenta uma resistência, que é definida como reatância capacitiva.
Com a fórmula da reatância capacitiva e considerando o valor da capacitância constante é o suficiente para entendermos o funcionamento do filtro passa-baixa. A fórmula da reatância capacitiva está na imagem abaixo.
Fórmula de reatância capacitiva.
Pela fórmula podemos observar que se o valor da frequência for baixo, a reatância capacitiva será alta e caso a frequência seja alta a sua reatância capacitiva será baixa. Ou seja, sinais de baixa frequência o capacitor tende a aumentar sua reatância capacitiva e bloqueá-lo, e sinais de alta frequência o capacitor tende a abaixar sua reatância capacitiva e permitir que o sinal passe.
Sabendo como um capacitor se comporta em determinados circuitos e como é o circuito de um filtro passivo passa-baixa, se uma carga for ligada em paralelo com o capacitor os sinais de alta frequência passarão pelo capacitor e os de baixa frequência passarão pela carga, caracterizando um filtro passa-baixa. Isto acontece da mesma maneira que um circuito com dois resistores em paralelo, e a corrente de maior intensidade passa pelo caminho de menor resistência.
Filtro passivo passa-baixa – Frequência de corte
É importante destacar que esta análise que fizemos é relativamente simples, porque não definimos nenhum referencial para dizer o que é alta ou baixa frequência, chamada de frequência de corte. A fórmula de frequência de corte do filtro passivo passa-baixa está representada na imagem abaixo.
Fórmula para frequência de corte do filtro passivo passa-baixa.
De acordo com a análise que fizemos podemos observar que apenas com o capacitor é possível cortar os sinais de maior frequência e deixar passar os de maior frequência, mas como acabamos de ver, precisamos definir a frequência de corte do filtro e para isso precisamos do resistor, sem ele não seria possível selecionar o maior valor de frequência permitido passar.
A frequência de corte também é definida como a frequência em que o sinal sofre uma atenuação, sendo que o valor dessa atenuação sobre aproximadamente 30%, ou seja, o sinal de saída possui aproximadamente 70% da intensidade do sinal de entrada. Como falamos anteriormente, o resistor tem uma função muito importante no circuito, pois estes valores não são aleatórios. Obtemos estes valores de atenuação quando a reatância capacitiva é igual a resistência, isto é, quando eles entram em ressonância.
Caso queira entender melhor sobre como determinados filtros se comportam em corrente alternada, o vídeo abaixo do Mundo da Elétrica explica detalhadamente e de forma bem simples o que é impedância elétrica. Isso vai te ajudar a compreender melhor o que é reatância capacitiva.
Encerramos mais um artigo e esperamos que você tenha compreendido o que é um filtro passa-baixa e como funciona um filtro passa-baixa. Caso tenha ficado alguma dúvida ou curiosidade sobre filtro passa-baixa deixe nos comentários que iremos responder!
Sobre o autor
Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.
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