Como funciona o capacitor

Como funciona o capacitor
Um componente de vital importância para o funcionamento dos circuitos eletrônicos, e
por isso encontrado em grande quantidade em qualquer equipamento é o capacitor. Com
formatos e tamanhos que dependem de seu valor e função, os capacitores podem ser tão
pequenos quanto um grão de ervilha ou tão grandes quanto uma garrafa de refrigerante PET
de 2 litros. Veja abaixo o que são, como funcionam, para que servem e como ler os valores e
testar capacitores
.Capacitores são componentes que têm por função armazenar energia elétrica.
Os capacitores comuns são formados por duas peças de material condutor separadas
por um material isolante, conforme ilustrado na figura 1.
Estrutura básica de um capacitor.
Estrutura básica de um capacitor
Quando uma tensão é aplicada entre estas placas condutoras, chamadas armaduras,
ele se carrega: uma armadura armazena cargas positivas e a outra armazena cargas
negativas.
A quantidade de cargas na armadura positiva é a mesma armazenada na armadura
negativa, apenas tendo polaridade oposta.
O material isolante, denominado dielétrico normalmente dá nome ao capacitor (mica,
poliéster, cerâmica, etc.).
A forma como os capacitores são construídos pode variar assim como o tamanho
dependendo de quanto de carga se deseja que eles armazenem.
Tipos e Símbolos
Na figura 2 mostramos os principais símbolos adotados para representar os capacitores assim
como os aspectos dos tipos mais comuns.
Simbolos e aspectos dos principais tipos de capacitores.
Simbolos e aspectos dos principais tipos de capacitores.
As diferenças entre os tipos são importantes, pois conforme o material usado como
dielétrico, podem se manifestar propriedades específicas que tornam os capacitores ideais
para determinadas aplicações.
Assim, enquanto os capacitores cerâmicos e de mica são indicados para circuitos de
altas frequências, os de poliéster e eletrolíticos são indicados para aplicações em circuitos de
corrente contínua e baixas frequências.
O montador eletrônico também precisa estar atento para o fato de que determinados
tipos de capacitores como os eletrolíticos, são polarizados.
Isso significa que eles possuem uma armadura que sempre deve ser positiva e uma que
sempre deve ser negativa.
Se eles forem ligados invertidos podem sofrer danos e até mesmo explodir em alguns
casos.
Especificações:
Ao trabalhar com capacitores nos circuitos eletrônicos o montador deve estar atento as
seguintes especificações destes componentes:
a) Capacitância
A capacitância é medida em farads.
No entanto, os capacitores usados na maioria dos equipamentos eletrônicos comuns
possuem capacitâncias muito pequenas, muito menores que 1 farad, o que torna normal o uso
dos seus submúltiplos.
Na tabela dada a seguir temos os submúltiplos mais usados:
Veja então que é a mesma coisa dizermos que um capacitor tem 100 nF, 0,1 µF ou 100
000 pF!
Assim como no caso dos resistores, alguns capacitores são pequenos demais para que
seus valores sejam gravados de forma normal nos seus invólucros.
Encontramos então as especificações destes componentes sob a forma de códigos que
o leitor deve conhecer.
Um desses códigos é o de 3 dígitos.
Este código é formado por 3 números ou dois números e uma letra.
Para o caso de três números os dois primeiros formam o valor que deve ser seguido do
número de zeros dado pelo terceiro algarismo ou multiplicado pelo prefixo indicado pela letra.
Exemplos: 10 n = 10 nF
47p = 47 pF
103 = 10 000 pF = 10 nF
474 = 470 000 pF = 470 nF
Abaixo de 100 pF, apenas dois dígitos são usados.
Exemplo:
27 = 27 pF
Na figura 3 temos alguns exemplos de capacitores que usam esses códigos.
Capacitores cerâmicos com códigos comuns
Capacitores cerâmicos com códigos comuns
b) Tensão de trabalho
A capacitância de um capacitor depende da distância entre as placas e da natureza do
material usado como dielétrico.
Quanto mais fino for o dielétrico, maior a capacitância, mas existe um problema que
limita a espessura.
Se o isolador for muito fino ele não consegue isolar tensões elevadas.
Uma tensão acima de certo valor "fura" o dielétrico, provocando a queima do capacitor,
já que ele perde sua capacidade de isolar no local em que isso ocorre.
Assim, além da capacitância os capacitores também têm indicada a tensão máxima de
trabalho normalmente especificada em valores contínuos como WVDC (Working Voltage DC).
Os tipos comuns usados em eletrônica podem ter tensões de trabalho de 1 V a mais de
1000 V.
Numa aplicação prática podemos sempre usar um capacitor de mesma capacitância que
o original mas com tensão maior.
O único problema que pode ocorre é que ele será também maior no tamanho o que
pode dificultar sua eventual colocação numa placa de montagem.
Tipos
Os principais tipos de capacitores encontrados nos equipamentos eletrônicos são:
* Capacitores eletrolíticos
Este tipo de capacitor usa folhas de alumínio como armaduras e como dielétrico uma finíssima
camada de óxido que se forma sobre as folhas por um processo eletrolítico.
Como esta camada é muito fina, podemos obter grandes capacitâncias em pequenos espaços.
Assim, os capacitores eletrolíticos se caracterizam por sua capacitância elevada sendo
encontrados em valores tipicamente de 0,5 a 100 000 µF ou mais.
Os capacitores eletrolíticos são polarizados o que significa que existe uma armadura que deve
ficar sempre positiva em relação a outra.
A marcação de polaridade é feita no próprio invólucro destes componentes conforme mostra a
figura 4.
A marcação dos eletrolíticos é feita no próprio invólucro.
A marcação dos eletrolíticos é feita no próprio invólucro.
Os capacitores eletrolíticos são indicados para circuitos de corrente contínua e baixas
frequências.
* Capacitores de tântalo
Os capacitores de tântalo são semelhantes aos eletrolíticos no principio de fabricação
exceto pelo fato do óxido que se forma ser de outro elemento: o tântalo.
Como o óxido de tântalo tem uma constante dielétrica muito maior do que o óxido de
alumínio, é possível obter grandes capacitâncias em componentes de tamanho extremamente
reduzidos.
Os capacitores de tântalo também são polarizados.
Na figura 5 temos exemplos de capacitores de tântalo.
Capacitores de tântalo
Capacitores de tântalo
* Capacitores cerâmicos
Cerâmicas especiais como as de titânio, bário e outras são usadas como dielétricos
destes capacitores que encontram aplicações em circuitos que vão de corrente contínua a altas
frequências.
O tipo mais comum é o disco cerâmico que pode ser encontrado com capacitâncias de 1
pF a 470 nF tipicamente.
* Capacitores de poliestireno
Este capacitor está incluído na família dos tipos plásticos em que temos um filme fino de
poliestireno como dielétrico.
Normalmente, este tipo de capacitor é fabricado com as folhas formando um tubo, o que
lhes dota de certa indutância que limita suas aplicações em circuitos de altas frequências.
* Capacitores de poliéster (filme)
Um outro tipo de plástico que é muito usado na fabricação de capacitores é o poliéster
que tanto pode dar origem aos tipos tubulares como planos.
Este tipo de capacitor também não é recomendado para aplicações em frequências
muito altas e pode ser encontrado numa faixa de valores de 1000 pF a mais de 10 µF.
* Outros tipos
Muitos outros materiais que apresentam propriedades dielétricas importantes podem ser
usados para fabricação de capacitores.
Por exemplo, podemos usar a mica para fazer capacitores de alta precisão para
instrumentos. Capacitores que usam dielétrico de papel embebido em óleo ainda são
encontrados em equipamentos antigos.
Onde são encontrados
O leitor deve estar familiarizado com muitos tipos de capacitores como os encontrados
em motores de robôs e equipamentos ligados à rede de energia como máquinas industriais e
eletrodomésticos.
No entanto, os capacitores encontrados nos equipamentos eletrônicos, além de serem
diferentes, podem ser encontrados numa variedade muito maior de tipos e tamanhos.
Os capacitores são usados em muitas funções importantes nos circuitos eletrônicos
como, por exemplo na determinação da freqüência de operação, em circuitos de filtros, em
circuitos de tempo, na filtragem de correntes e sinais além de muitas outras.
Podemos dizer que, depois dos resistores, os capacitores são os componentes que
aparecem em maior quantidade nos equipamentos eletrônicos.
Como Testar
Um capacitor em bom estado deve se comportar como um isolante.
Assim, quando medimos sua resistência com um multímetro, um capacitor em bom
estado apresenta uma resistência infinita.
Alguns capacitores de valores altos (acima de 10 µF) podem apresentar uma pequena
resistência, denominada "de fuga" que é tolerada se for acima de 1 M?.
No entanto, se qualquer resistência abaixo deste valor for medida o capacitor estará
comprometido.
Uma resistência nula indica um capacitor em curto e uma resistência em baixa indica um
capacitor com fugas.
O teste com o multímetro não revela se o capacitor está bom (com capacitância) a não
ser quando ele tenha valores acima de uns 470 nF.
Quando testamos estes capacitores a agulha do multímetro vai até perto de zero ao
tocarmos as pontas de prova para depois voltar até marcar uma resistência próxima de infinito.
Se este movimento não ocorrer dizemos que o capacitor está "aberto" ou "sem
capacitância".
Na figura 6 mostramos como testar um capacitor eletrolítico com um multímetro
analógico comum.
Capacitor em teste.
Capacitor em teste.
CAPACITORES VARIÁVEIS
Existem certas aplicações em que precisamos mudar a capacitância apresentada por
um capacitor num circuito durante o seu funcionamento ou para efeitos de ajuste.
Um exemplo está nos receptores de rádio em que variamos a capacitância de um
componente para mudar sua freqüência de operação possibilitando assim a sintonia das
diversas estações.
Os capacitores que podem ter sua capacitância alterada são denominados capacitores
variáveis e podem ser encontrados em dois tipos básicos: o trimmer que é um capacitor de
ajuste e o capacitor variável que é um capacitor de sintonia.
Símbolos e aspectos
Na figura 7 mostramos o símbolo usado para representar os capacitores variáveis e os
aspectos dos principais tipos encontrados nos equipamentos eletrônicos.
Capacitores variáveis e trimmers.
Capacitores variáveis e trimmers.
Em (a) temos um capacitor variável de tipo antigo encontrado em rádios e
sintonizadores. Em (b) temos um capacitor variável de rádios modernos e em (c) alguns tipos
de trimmers comuns.
Especificações
a) Capacitância
Capacitores variáveis e trimmers podem ser tanto especificados pela capacitância
máxima que apresentam como pela faixa de capacitâncias que podem assumir.
Assim, um trimmer de 3-30 pF é um trimmer que pode ser ajustado para ter
capacitâncias entre 3 pF e 30 pF.
A capacitância maior é obtida quando o componente está totalmente "fechado", ou seja,
a maior área das armaduras se defronta.
Na figura 8 mostramos essas variações de capacitância e o modo do ajuste.
A capacitância depende da área efetiva, segundo a posição das placas móveis.
A capacitância depende da área efetiva, segundo a posição das placas móveis.
b) Tipo
O tipo do capacitor variável ou trimmer é especificado pelo número de seções e pelo
material usado como dielétrico.
Assim, os capacitores antigos usam como dielétrico o próprio ar (não á nenhum material
separando as armaduras) enquanto que tipos mais modernos usam plásticos.
c) Tensão
Em muitas aplicações é importante saber qual é a tensão máxima que podemos aplicar
entre as armaduras do capacitor sem que ocorra o faiscamento ou o rompimento do material
do dielétrico.
Em especial, esta especificação é importante em transmissores onde tensões de até
milhares de volts podem aparecer entre as armaduras de um capacitor.
Onde eles são encontrados
Capacitores variáveis são usados principalmente em circuitos de alta freqüência tais
como receptores de rádio, telecomunicações, televisores, transmissores e em muitos outros
onde sinais de frequências acima de 100 kHz estão presentes e precisam ser ajustadas.
Como testar
O teste mais simples consiste em se verificar se as armaduras estão isoladas uma das
outras que é a condição principal para que eles funcionem.
Podemos então testar um capacitor variável com o multímetro medindo sua resistência a
qual deve ser infinita.
Um capacitor com resistência nula está com as placas em curto, ou encostando uma nas
outras.
Indutores, capacitores e filtros
Pelo seu comportamento elétrico, os indutores e os capacitores podem ser usados em
muitos circuitos que envolvam sinais de determinadas freqüências. Dentre esses circuitos
podemos citar dois filtros, capazes de permitir a passagem de sinais de determinadas
freqüências, bloquear sinais de determinas freqüências, etc. Os filtros encontram aplicações
gerais importantes que serão analisadas neste artigo.
De acordo com suas propriedades os filtros podem ser classificados em quatro grupos:
a) Passa baixas
b) Passa altas
c) Passa faixas ou passa-banda
d) Rejeitores de faixa ou banda
Os primeiros permitem a passagem de sinais cujas freqüências estejam abaixo de
determinado valor. O segundo permite a passagem de sinais que estejam acima de
determinada frequência. O terceiro permite a passagem de sinais que estejam dentro de uma
determinada faixa de freqüência e o quarto rejeita os sinais que estejam dentro de uma
determinada faixa de freqüências, deixando passar os demais.
Os filtros comuns normalmente são projetados com base em dois componentes
passivos: indutores e capacitores.
Neste artigo daremos uma idéia geral de como funcionam esses componentes para
depois analisarmos suas aplicações nos filtros, propriamente ditos.
Capacitores
Os capacitores são formados por dois conjuntos de armaduras condutoras separadas
por um material isolante, denominado dielétrico.
Quando aplicamos uma tensão a um capacitor, as armaduras se carregam com cargas
de sinais contrários. A presença do material isolante impede que qualquer corrente circule
entre as armaduras e com isso as cargas se esgotem. A figura 1 mostra o que ocorre.
Isso quer dizer que, uma vez carregado, num circuito de corrente contínua, um capacitor
representa uma resistência infinita. Nenhuma corrente pode circular através dele.
Nos circuitos de corrente alternada entretanto, o comportamento de um capacitor é
outro.
Ligando um capacitor a uma fonte de tensão alternada, conforme mostra a figura 2, o
capacitor vai carregar-se e descarregar-se acompanhando as inversões da polaridade da
tensão aplicada.
Isso significa que, ao contrário da ligação em corrente contínua em que a corrente não
circula, teremos sempre uma corrente circulando para a carga e descarga do capacitor.
A intensidade dessa corrente depende de dois fatores:
a) Valor do capacitor
b) Frequência da corrente do gerador
Se o capacitor for pequeno, a quantidade de cargas elétricas que devem ser
movimentadas para carregar o capacitor é pequena e com isso a intensidade da corrente será
menor. A intensidade da corrente está em proporção direta com o valor do capacitor.
Por outro lado, se a freqüência do gerador for maior, teremos uma velocidade maior de
carga e descarga do capacitor e com isso a movimentação das cargas será maior. A corrente
estará na proporção direta com o valor da freqüência.
Podemos imaginar um capacitor como um componente que apresenta
certa
"resistência" à passagem de uma corrente alternada, mas que na verdade, não tem cargas
passando através deles. Diremos, em termos mais próprios, que o capacitor apresenta uma
"reatância", e como se trata de fenômeno ao capacitor, dizemos "reatância capacitiva,
conforme mostra a figura 3.
Na figura 3 mostramos um gráfico que relaciona a reatância capacitiva com a freqüência,
Uma fórmula permite calcular a reatância capacitiva de um capacitor, a qual é medida
em ohms:
Xc = 1/(2 x p x f x C)
Onde:
Xc é a reatância capacitiva em ohms
f é a freqüência em hertz
C é a capacitância em farads
p = 3,14 (constante)
Veja que, realmente, a resistência que um capacitor apresenta à circulação de uma
corrente alternada é inversamente proporcional à freqüência e à capacitância, conforme
explicamos.
Na tabela dada a seguir, damos alguns valores de reatâncias e capacitâncias
associadas, para o leitor tenha uma idéia da sua ordem de grandeza:
Um capacitor de 1 uF, na freqüência de 50 kHz, por exemplo, se comporta como uma
"resistência" de 31,847 ohms.
Exemplo de Aplicação da Fórmula
Qual é a reatância capacitiva (Xc) apresentada por um capacitor (C) de 1 uF para um
sinal de 2 kHz?
Temos:
Xc = ?
C = 1 x 10-6 F (convertendo microfarads para farads)
f = 2 kHz = 2 000 Hz ou 2 x 103 Hz
Aplicando a fórmula:
Xc =1/(2 x 3,14 x f x C)
Xc = 1/(2 x 3,14 x 2 x 103 x 106 )
Xc = 1/(12,56 x 10-3 )
Xc = 0,0796 x 103
Xc = 79,6 ohms
INDUTORES
Os indutores ou bobinas apresentam um comportamento bem diferente dos capacitores,
quando usados num circuito de corrente alternada e de corrente contínua.
De fato, se considerarmos um indutor perfeito, em que a resistência do fio usado no seu
enrolamento é nula, conforme sugere a figura 4, vemos que uma corrente contínua pode
circular através dele sem encontrar resistência alguma.
No entanto, num circuito de corrente alternada, o comportamento de um indutor é outro.
Para ilustrar o que ocorrem vamos imaginar um circuito em que um indutor é ligado a um
gerador de corrente contínua através de um interruptor, conforme mostra a figura 5.
No momento em que o interruptor é fechado uma corrente é estabelecida no circuito. No
entanto, essa corrente não atinge sua intensidade máxima de imediato.
A corrente, ao circular pelas espiras do indutor, cria um campo magnético cujas linhas
de força, ao se expandirem cortam as outras espiras do mesmo indutor.
O resultado é a indução de uma corrente que tende a se opor justamente àquela que
está sendo estabelecida. Com isso, a corrente não pode aumentar instantaneamente até o
máximo permitido pelo circuito. O indutor se opõe a uma variação rápida da intensidade da
corrente.
O gráfico mostrado na figura 6 mostra que a intensidade da corrente cresce segundo
uma curva exponencial suave.
Podemos dizer que "os indutores tendem a se opor às variações rápidas a corrente que
neles circular".
Num circuito de corrente alternada, a tensão aplicada a um indutor varia constantemente
e com isso à intensidade da corrente.
Assim, nesse tipo de componente, a corrente deve aumentar até atingir um valor
máximo e depois, acompanhando as variações da tensão deve diminuir para depois inverter o
sentido de circulação, atingindo novamente um máximo.
Se ligarmos um indutor a uma fonte de tensão alternada, conforme mostra a figura 7, a
variação constante da tensão aplicada implica numa oposição igualmente constante por parte
do indutor à circulação corrente.
Do mesmo modo que no caso dos capacitores, essa oposição, denominada "reatância
indutiva" depende de dois fatores:
a) Valor da indutância do indutor
b) Freqüência da tensão aplicada pelo gerador
Se o indutor for pequeno, ou seja, tiver "poucas espiras", o campo magnético produzido
terá pequena intensidade e as suas loinhas de força não conseguirão induzir uma corrente
maior para se opor à circulação da corrente direta. A oposição será pequena.
Se a freqüência for elevada, por outro lado, as variações da tensão serão rápidas e a
oposição maior.
Enfim, a oposição será tanto maior quanto maior for a indutância e maior for a freqüência
do sinal aplicado.
Também medimos essa oposição à corrente ou reatância indutiva em ohms.
Existe uma fórmula para calcular a reatância indutiva de um indutor ou bobina em função
da indutância e da freqüência do sinal:
XL = 2 x p x f x L
Onde:
XL é a reatância indutiva em ohms
f é a freqüência da corrente em hertz
L é a indutância em henry
p é 3,14 - constante
Veja que, neste caso, a reatância é diretamente proporcional à freqüência, o que indica
um comportamento oposto ao dos capacitores.
Fazendo uma comparação entre os dois componentes vemos que:
* Enquanto os capacitores oferecem uma menor oposição à passagem dos sinais de
altas freqüências, os indutores oferecem uma oposição maior a esses sinais.
* Os capacitores não deixam passar as correntes contínuas, o que não ocorre com os
indutores
Damos a seguir uma tabela de reatâncias indutivas para alguns valores comuns de
indutâncias e freqüências, para que o leitor tenha uma idéia de sua ordem de grandeza:
Na freqüência de 2 kHz um indutor tem uma reatância indutiva de 251,2 ohms.
Exemplo de Aplicação de Fórmula
Qual é a reatância indutiva (XL) apresentada por um indutor de 100 mH na freqüência de
5 kHz?
Temos:
XL = ?
L = 100 mH = 100 x 10-3 H
f = 5 kHz = 5 000 Hz = 5 x 103 Hz
Aplicando a fórmula:
XL = 2 x p x f x L
XL = 2 x 3,14 x 5 x 103 x 100 x 10-3
XL - 31,4 ohms
Combinando Indutores e Capacitores em Filtros
Os capacitores oferecem uma pequena oposição aos sinais de altas freqüências
enquanto os indutores oferecem uma pequena oposição aos sinais de baixas freqüências. O
que acontece se interligarmos esses componentes de modo que seus efeitos se combinem?
Obtemos circuitos que passam a ter comportamento específicos diante de sinais de
determinadas freqüências. Temos então o que denominamos "filtros".
Basicamente podemos ter os seguintes tipos de filtros:
* Passa-baixas, que oferecem pouca oposição aos sinais de baixas freqüências mas que
bloqueiam os sinais de altas freqüências.
* Passa-altas, que oferecem forte oposição aos sinais de baixas freqüências mas que
deixam passar os sinais de altas freqüências.
* Passa-faixas ou Passa-Bandas, que deixam passar com pouca oposição os sinais de
uma certa faixa de freqüências, mas que bloqueiam os sinais que estejam foram dela.
* Rejeitores, que bloqueiam os sinais que estão dentro de uma certa faixa de
freqüências, mas deixam passar, com pouca oposição, os que estão fora dela.
As aplicações para tais filtros são inúmeras. Podemos dar alguns exemplos:
1. Filtros Contra Interferências
Intercalando entre a rede de energia e um aparelho receptor de rádio, telecomunicações,
TV ou FM, um filtro passa-baixas , conforme mostra a figura 8, podemos eliminar as
interferências que se propagam via rede de energia.
Os sinais interferentes, de alta freqüência, encontram forte oposição do filtro, não
chegando ao aparelho que está tendo seu funcionamento afetado.
A tensão da rede, de 60 Hz, de baixa freqüência, por outro lado, não encontra
praticamente nenhuma oposição para chegar até o aparelho e alimentá-lo.
2. Filtro para Alto-Falantes
Em série com um tweeter (alto-falante de agudos ou altas freqüências), ligamos um filtro
passa-altas, que deixa passar apenas os sinais de freqüências elevadas que devem ser
reproduzidos.
Em série com um woofer (alto-falante de graves ou baixas freqüências), ligamos um filtro
passa-baixas, que deixa passar apenas os sons graves que devem ser reproduzidos.
Finalmente, em série com um mide-range (alto-falante de médios), ligamos um filtro
passa-faixa, que deixa passar os sinais apenas da faixa de freqüências que esse alto-falante
reproduz melhor.
Na figura 9 temos o circuito de um sistema divisor desse tipo.
3. Filtro de Antena
Filtro passa-faixas possibilitam a conexão a uma mesma antena de receptores AM, TV e
FM, separando os sinais de modo que capa um receba apenas a faixa de sinais com que
devem trabalhar.
Na figura 10 mostramos o circuito de um filtro desse tipo.
4. Filtro de Equalização
Na entrada de um amplificador de áudio podemos ligar diversos tipos de filtros com a
ação controlada através de potenciômetros.
Assim, cada filtro determinará a proporção com que sinais de uma determinada faixa de
freqüências podem passar, conforme mostra a figura 11.
Esses filtros são especialmente importantes para se adaptar a curva de reprodução de
um amplificador ao tipo de sinal que deve ser reproduzido.
Por exemplo, ao trabalhar com a voz humana, onde predominam as freqüências médias,
para se obter maior inelegibilidade, o equalizador deve reforçar as médias freqüências e
atenuar as altas e baixas freqüências, como mostra a figura 12.
Por outro lado, ao trabalhar com música orquestrada ou efeitos de som num filme, os
graves e os agudos (baixas e altas freqüências) é que devem ser reforçados, com o ajuste
mostrado na figura 13.
É comum vermos em auditórios um ajuste errado das curvas de equalização, resultando
o uso de um microfone por um palestrante ou apresentador de tal forma que não se consegue
entender o que ele fala.
FILTROS NA PRÁTICA
Existem diversas configurações práticas de filtros usando capacitores e indutores.
O número de capacitores e indutores usados num filtro, assim como sua disposição
determinam o seu modo de ação.
Esse modo normalmente é expresso pela forma como ele atenua as freqüências a partir
do ponto em que ele deve fazer isso. Essa atenuação é medida em "dB por oitava", ou seja, em
quantos dB (decibéis) é reduzida a intensidade do sinal para cada aumento de 1/8 do valor da
freqüência.
Os filtros mais simples possuem poucas seções, ou seja, conjuntos básicos de
capacitores e indutores, enquanto que os mais elaborados podem ter muitas seções.
Damos a seguir alguns tipos práticos de filtros que podem ser encontrados com
freqüência nos equipamentos eletrônicos comuns:
a) Filtros Passa-Baixas
Existem três tipos mais simples de filtros destinados a deixar passar os sinais de baixas
freqüências e que são mostrados na figura 14.
O primeiro (a) é denominado "filtro T", sendo formado por dois indutores e um capacitor.
Os indutores são ligados em série, de modo a oferecer pequena oposição à passagem
dos sinais de baixas freqüências e maior oposição à passagem das altas freqüências.
O capacitor é ligado em paralelo de modo a curto-circuitar os sinais de altas freqüências
que ainda conseguem passar pelo primeiro indutor.
O segundo (b) é um filtro mais simples de "meia secção" usando apenas um indutor e
um capacitor. Esse filtro também é chamado "L" pela semelhança com essa letra invertida.
Seu funcionamento é semelhante ao filtro anterior: o indutor oferece forte oposição à
passagem dos sinais de freqüências mais altas enquanto que o capacitor curto-circuita os
sinais que ainda possam passar.
Temos finalmente em (c) um filtro "PI" que utiliza dois capacitores e um indutor.
Neste circuito, o primeiro capacitor funciona como um curto-circuito para os sinais de
alta freqüência. O indutor ainda dificulta a passagem dos que não forem curto-circuitados e o
segundo capacitor curto-circuita os sinais que ainda conseguem passar.
Esse tipo de filtro é muito usado em fontes de alimentação para eliminar as ondulações
que restam após o processo de retificação.
Nos transmissores, esse tipo de filtro é usado para eliminar harmônicas e sinais
espúrios.
b) Filtros passa-altas
Na figura 15 temos as três configurações mais comuns para os filtros deste tipo.
O primeiro (a) é um circuito T em que temos dois capacitores e um indutor. Neste
circuito, os capacitores dificultam a passagem dos sinais de baixas freqüências, enquanto o
indutor coloca em curto os sinais de baixas freqüências que ainda conseguem passar.
O segundo é um filtro em "L" em que usamos um capacitor e um indutor. (b)
Nele, os sinais de alta freqüência passam com facilidade pelo capacitor e não passam
pelo indutor.
Finalmente, temos em (c) um filtro em PI, com dois indutores e um capacitor.
As configurações que mostramos podem ser ampliadas com a repetição de diversas
secções iguais de modo a aumentar seus efeitos.
A ação de um filtro é medida em termos de atenuação do sinal a partir da freqüência
para o qual foi calculado.
Assim, um filtro típico pode ter atenuações de 6 dB por oitava, 12 dB por oitava, etc,
dependendo do modo como são construídos. Vejamos melhor o que significam esses números.
A atenuação do sinal para um filtro passa-baixas, por exemplo, expressa em dB por
oitava (decibéis por oitava), indica quanto o sinal diminui de intensidade na saída do filtro
quando a freqüência aumenta 1/8 de seu valor a partir daquele para o qual o filtro é calculado.
Por exemplo, se elevarmos de 2 000 para 2 250 Hz (1/8 de 2 000 é 250), a intensidade
do sinal diminui de 12 dB para um filtro cuja atenuação é de 12 dB por oitava, conforme mostra
a curva da figura 16.
Filtros Divisores Para Alto-Falantes
Uma aplicação interessante que já citamos, para os filtros é na separação dos sinais de
diversas frequências de áudio para os alto-falantes que devem fazer sua reprodução.
Existem diversas possibilidades para a conexão desses filtros:
a) Série
Nessa configuração, os alto-falantes e os elementos do filtro (indutor e capacitor) são
ligados em série, conforme mostram os circuitos da figura 17.
O número de capacitores e indutores (que são iguais) determinam a eficiência do filtro,
ou seja, a separação dos sinais em faixas apropriadas à reprodução dos alto-falantes.
No primeiro caso, usamos um capacitor e um indutor, obtendo uma atenuação de 6 dB
por oitava. No segundo caso temos uma atenuação de 12 dB por oitava e no terceiro 18 dB por
oitava.
Colocando as atuações desses filtros num gráfico, temos as curvas mostradas na figura
16. Veja que,m quanto maior for o número de dB/oitava, melhor é a separação dos graves,
médios e agudos.
b) Paralelo
Nos filtros paralelos, os indutores e capacitores são ligados em redes paralelos de modo
que todo o conjunto fica em paralelo com os alto-falantes.
Na figura 19 mostramos três tipos de filtros paralelos com atenuações de 6, 12 e 18 dB
por oitava.
As curvas de separação das diversas freqüências são semelhantes às obtidas para o
caso dos filtros em série.
Fórmulas:
Para os filtros indicados nas figuras 17 e 19 são válidas as seguintes fórmulas: