Circuitos Eletrônicos – Atenuadores e Filtros de Áudio (parte 2)

Vamos agora nos aprofundar no conhecimento sobre filtros.

Nos atenuadores, utilizamos como componente efetivo, o resistor.

Ao tratar de filtro de áudio, teremos como componentes fundamentais, o capacitor e o indutor.

Estudando primeiramente o capacitor.

Esse componente possui a capacidade de carregar energia e, portanto possui a característica de variar sua impedância em relação ao tempo.

No momento inicial de carga, o capacitor tem sua impedância igual a zero, porém com o decorrer do tempo, essa impedância se eleva ao ponto infinito, quando já está carregado.

Veja que, por este prisma, o capacitor tornou-se equivalente a um resistor que varia sua resistência com o tempo.

Ora, por quê, no gráfico, eu citei impedância ao invés de resistência?

Por concepção, a resistência transforma a energia consumida em calor. Se o caso é de carga capacitiva (sem gerar calor), denominamos reatância capacitiva. E se o caso é a junção das duas, denominamos impedância.

Perceba que, tanto a reatância como a impedância, só estarão presentes em corrente alternada ou no momento de carga do capacitor, pois em seguida se tornará um circuito aberto, sem carga alguma.

Recapitulando a característica resistiva dos componentes e suas unidades:

Resistor - Resistência

Capacitor - Reatância Capacitiva

Resistor + Capacitor - Impedância.

Voltando ao assunto da Impedância versus Tempo, verificamos que o capacitor demora um certo tempo para que o circuito chegue à impedância infinita.

Dois fatores podem mudar esse tempo:

- Variando o valor do resistor, iremos alterar o tempo de carga, produzindo maior corrente ou menor corrente de carga ao capacitor.

- Variando o valor do capacitor, teremos a mudança do tempo de carga. Se o capacitor tiver um valor de capacitância menor, ele irá carregar mais rápido do que se o valor for maior. Quanto maior a capacitância, mais energia o capacitor precisará para se carregar.

Passando essa teoria para corrente alternada, teremos mais um fator que mudará a impedância.

A freqüência irá alterar de forma direta o comportamento do circuito.

 O que seria uma curva de carga infinita, como no caso anterior(curva azul), passa a ser finita, de acordo com cada ciclo da freqüência imposta. Está valendo ciclo positivo e negativo.

Verificando que quanto maior a freqüência, menor será a impedância.

Calculo da reatância capacitiva:

Reatância Capacitiva – símbolo XC

 

 Xc – Reatância capacitiva

F – Freqüência aplicada

C – Capacitância do capacitor

Vamos ver como isso funciona em um circuito real.

 

AMP – Amplificador de áudio

C – Capacitor

AF – Alto Falante

No exemplo acima, temos um filtro muito comum usado para reduzir as baixas freqüências para alto falantes de alta freqüência, também conhecidos como tweeter.

Esse é um filtro de primeira ordem, fornecendo portanto, uma queda de 6 dB/oitava.

Para calcular esse filtro, precisamos definir a freqüência de corte, que atenuará a intensidade de potência do tweeter pela metade, ou seja -3dB.

Vamos usar 10Khz como freqüência de corte.

Aproveitando o cálculo feito na primeira parte desse artigo, onde determinamos o resistor ideal para se obter uma atenuação de 3dB em um alto falante de 8 ohms, iremos substituir o resistor pelo capacitor e teremos os seguintes dados:

- Capacitância (C).........???

- Xc..............................3,314 Ω

- Freqüência de corte...10Khz

Mudando a posição das variáveis na equação, temos:

 C = 4,8µF

O valor comercial mais próximo é 4,7µF.

Devemos tomar o cuidado de utilizar um capacitor bipolar, devido a se tratar de energia alternada.

Na tabela abaixo está demonstrado a atuação desse filtro simulando uma tensão de saída de um amplificador em 50Volts.