Por: Eng David M Risnik
DIVISOR DE FREQUENCIA: Dividir um sinal em faixas de frequencias é o mesmo que SEPARAR as componentes deste sinal . Mas por qual razão fazemos isto ? Teoricamente poderiamos imaginar que , por exemplo , um sistema reprodutor de som fosse SUFICIENTE para emitir qualquer frequencia a ele imposta . Na PRATICA , existem LIMITAÇÕES na construção MECANICA dos autofalantes que os caracterizam como BONS emissores de uma DETERMINADA FAIXA DE FREQUENCIAS e PESSIMOS emissores de outras ... Assim , detalhes como o PESO , CONSISTENCIA e DIAMETRO do cone (detalhes mecanicos) caracterizam a EFICIENCIA deste sistema em emitir determinadas faixas de sons . Se um sistema (autofalante) é mais eficiente para emitir por exemplo FREQUENCIAS GRAVES (baixas frequencias) por que nós iriamos impor a este sistema frequencias altas ? esta componente de sinal estaria sendo JOGADA NO LIXO !!! ... ou seja estariamos CARREGANDO nossa potencia de AUDIO com um sistema INEFICIENTE ! Melhor será então , aplicar esta FREQUENCIA ALTA em um sistema reprodutor (tweeter) que responda com EFICIENCIA a esta faixa . Tudo então se resume ao estagio da EFICIENCIA , melhor aproveitamento da POTENCIA .
Motivado pelo grande interesse e volume de
E-mails que tenho recebido , vou aprofundar um pouco mais os
detalhes para cálculo e construção de divisores de frequencia
para instalação de equipamentos de áudio em carros e
domésticos. O principio do cálculo para este circuito
é baseado no comportamento dos componentes reativos: CAPACITOR e
INDUTOR . O resistor também completa o circuito de um divisor de
frequencia para determinar o índice de amortecimento da
transição. Pois bem , vamos as fórmulas - não se preocupe ,
elas não mordem nem causam doenças contagiosas , portanto
USE-AS ! INDUTOR: Indutor , bobina , choque (ou micro choque)
ou simplesmente enrolamento , são nomes genéricos e populares
para o componente que a eletrônica batizou como INDUTOR . O
indutor (assim como o capacitor) possue um comportamento peculiar
e responde de maneira diferente conforme o sinal que aplicamos a
êle . Estes componentes são chamados de REATIVOS (tanto o
indutor como o capacitor) pois REAGEM a passagem da corrente
alternada em função da frequencia. Isto quer dizer que se
aplicarmos um sinal de 100 Hz (hertz) a um indutor a sua reação
será distinta de quando aplicarmos um sinal de 1000 Hz . Este
comportamente é particularmente útil quando DESEJAMOS isto !
por exemplo separar ou DIVIDIR as frequencias por faixa
determinada . Agora assimile um conceito muito
importante: REATANCIA INDUTIVA - é o VALOR (pode ser medido em
Ohms) desta reação que o indutor apresenta a uma frequencia
alternada. Este valor pode ser calculado pela fórmula: X = 2*pi*F*L (pi é uma constante de valor
aprox. 3,1416) Onde X representa a reatancia indutiva ,
2*pi é uma constante que vale 6,28 (aprox.) , F é a frequencia
do sinal em Hertz e L é o valor do indutor em Henry (atenção
quando usar os sub-multiplos - micro e mili). Será apresentado
um exemplo de cálculo para melhor orienta-lo. Esta fórmula
permite-nos saber qual será a RESISTENCIA ou oposição que
determinado indutor vai produzir num circuito em função da
frequencia aplicada. CAPACITOR: Capacitor é também um componente REATIVO
só que apresenta comportamento inverso ao do indutor , conforme
você vai ter oportunidade de apreciar. Êle permite também o
cálculo da sua REATANCIA CAPACITIVA - que é o VALOR (pode ser
medido em Ohms) desta reação que o capacitor apresenta a uma
frequencia alternada : X = 1 / 2*pi*F*C Onde X representa a reatancia capacitiva ,
2*pi é a mesma constante que vale 6,28 (aprox) , F é a
frequencia do sinal em Hertz e C é o valor do capacitor em
Faraday (atenção quando usar os sub-multiplos : pico , micro e
mili). COMPORTAMENTOS: Vamos agora explicar melhor o comportamento
destes três componentes: Indutor , Capacitor e Resistor. Um
resistor é chamado de componente não reativo , pois apresenta
sempre o mesmo valor (teoricamente !) não importando-se com a
frequencia do sinal . Já os indutores e capacitores são
chamados de componentes reativos , pois reagem de forma distinta
conforme a frequencia do sinal aplicado. Veja então: um indutor
apresenta maior oposição (resistencia) a passagem de sinais de
alta frequencia , ou em outras palavras , quanto maior for a
frequencia de um sinal , maior será a resistencia por êle
encontrada para atravessar por um indutor ! Já para o capacitor
, este processo é inverso: êle apresenta maior oposição a
passagem de sinais de baixa frequencia , ou em outras palavras:
quanto menor for a frequencia de um sinal , tanto maior será a
resistência por êle encontrada para atravessar por um
capacitor. Agora você me pergunta: mas o que é
frequencia alta , frequencia baixa ? Não querendo ser confuso , eu digo que tudo é relativo e muito específico para o circuito que você está trabalhando. Em função do VALOR do capacitor ou indutor , determinada frequencia poderá ser
considerada alta ou baixa. Para situar melhor , vamos nos deter a
faixa de áudio: nela a grosso modo (existem definições diferentes !) podemos classificar pelo menos três faixas de frequencias : as baixas ( até 150 Hz) ,
as médias ( de 150 a 3000) e as altas (acima de 3000) "aproximadamente" . Logicamente que esta é uma divisão empírica e que pode sofrer correções em
função de outros parametros pessoais. FILTROS: Enfocando ainda os sinais de áudio ,
sabemos que êles são compostos por diversas frequências
mixadas entre si. Por exemplo , um determinado instrumento
musical possue um TIMBRE que o qualifica , pois é composto pela
mistura de várias frequencias em aplitudes distintas ! Estou me
referindo a uma mesma NOTA musical (por exemplo dó) que possue
composições de frequencias diferentes para diferentes tipos de
instrumentos . Esta composição de frequencias é damos o nome
de TIMBRE e confere o BRILHO caracteristico a cada instrumento. Pois bem: um BOM equipamento de áudio
(amplificador mais caixas de som) deve ser CAPAZ de reproduzir
todas estas frequencias que compõe o timbre ou vóz ou ruído
original , somente assim teremos uma REPRODUÇÃO em Hi-Fi
, com o mesmo brilho do som original. Para se chegar a resultados
práticos , muitas vezes temos de recorrer a CORREÇÕES no
espectro das frequencias de áudio, seja amplificando mais ou
menos determinada faixa(s) do sistema. Aí é que entra em cena
os divisores de frequencia , que podem ser construidos graças
aos componentes reativos que já foram devidamente apresentados.
Os filtros podem ser ATIVOS ou PASSIVOS . No
primeiro caso o circuito é implementado com auxilio de CI's e
transistores , que permitem uma sofisticação e melhores
resultados. Os filtros passivos são mais simples de serem
construidos , e utilizam somente os componentes R , L e C. PASSA
ALTA: Veja agora um exemplo simples de um filtro passivo que vai permitir a passagem de frequências altas.
Vamos especificar nossa frequência de transição (corte) em
1Khz (um kilo hertz ou mil hertz): entenda bem este conceito -
isto não significa que frequências abaixo de 1 Khz serão
BLOQUEADAS ao atravessar o filtro , mas sim que elas terão uma
dificuldade (atenuação) maior do que as frequências mais
altas. Usando somente um resistor R e um capacitor C , este filtro
passa alta pode ser configurado assim: Para frequencias baixa , a reatancia do
capacitor é muito grande , oferecendo um resistencia elevada a
passagem do sinal. A medida que aplicamos sinais com frequencias
maiores , a reatancia do capacitor vai se reduzindo , até o
ponto de corte (Fc) que é definido quando a reatancia capacitiva
se iguala ao valor do resistor. Neste ponto diremos que o sinal
está a 6 dB (decibeis) abaixo do topo . Sinais com frequencias
superiores a esta terão mais facilidade para atravessar este
filtro passa alta. Observe a curva de resposta deste filtro ao
lado do esquema elétrico. Para que a impedancia de entrada do
circuito ao qual será conectado este filtro não venha a
interferir e prejudicar a sua atuação , faremos com que o
resistor de saida do filtro seja pelo menos 10 vezes menor
(prevaleça) que o valor desta impedancia . Vamos considerar um
estágio de entrada de amplificador com 10K de impedancia , assim
poderemos dimensionar o resistor de nosso filtro com 1K ( 10
vezes menor) . Partindo deste valor e aplicando a fórmula da reatancia
capacitiva , poderemos chegar ao valor do capacitor
(teórico) . Na fórmula utilizaremos : F = 1Khz e X = 1 K ,
obtendo o valor teórico de C = 0,000159 uF ou C = 159 nF.
Comercialmente o valor mais próximo seria C = 150 nF. Agora vejam que interessante: este mesmo
filtro pode ser dimensionado com infintas combinações
de R e C. Qual delas vai nos servir melhor ? O ítem que define o
dimensionamento a ser considerado é a IMPEDANCIA que o filtro vai "vêr" em sua saída. O
cálculo anterior foi dimensionado para um filtro a ser
intercalado na entrada de um amplificador com 10 K de impedancia
de entrada . Poderíamos utilizar este mesmo circuito , na saída
de um amplificador para alimentar um Twiter , neste caso a
impedancia a ser considerada será a do twiter. Vamos aceita-la
como sendo de 16 ohm , e posiciona-la exatamente no lugar onde
está nosso resistor do filtro. Agora como R = 16 ohm (impedancia
do Twiter) o valor do capacitor será : C= 9,95 uF.
Comercialmente utilizaremos um capacitor eletrolitico (bipolar)
com valor de 10uF , para termos uma frequencia de corte em 1 Khz.
Na prática os twiters operam com frequencias de corte mais altas
e portanto com capacitores menores (da ordem de 1 ou 2 uF) .
Importante: este componente não é um capacitor eletrolítico
comum - mas sim um BIPOLAR , ou seja: sem polaridade. Isto é
necessário pois a saída de um amplificador fornece tensão AC
aos falantes . PASSA
BAIXA: Veja agora um outro exemplo simples de um filtro passivo que vai permitir a passagem de frequências baixas.
Vamos especificar nossa frequência de transição (corte) em
300Hz (trezentos hertz): - isto não significa que frequências
acima de 300hz serão BLOQUEADAS ao atravessar o filtro , mas sim
que elas terão uma dificuldade (atenuação) maior do que as
frequências mais baixas. Usando somente um resistor R e um
capacitor C , este filtro passa baixa pode ser
configurado assim: Para frequencias baixas , a reatancia do
capacitor é muito grande , oferecendo uma resistencia elevada a
passagem do sinal para a terra, e com isto permitindo que êle
alcance a saída do filtro sem dificuldades. A medida que
aplicamos sinais com frequencias maiores , a reatancia do
capacitor C vai se reduzindo , até o ponto de corte (Fc) que é
definido quando a reatancia capacitiva se iguala ao valor
do resistor. Neste ponto diremos que o sinal está a 6
dB (decibéis) abaixo do topo .A medida que a reatancia
capacitiva vai se reduzindo , uma porção maior do sinal vai
sendo desviada para o terra , e não alcança a saida. Sinais com
frequencias superiores a esta terão mais dificuldade para
atravessar este filtro passa baixa. Observe a curva de resposta
deste filtro ao lado do esquema elétrico. Para que a impedancia
de entrada do circuito ao qual será conectado este filtro não
venha a interferir e prejudicar a sua atuação , faremos com que
o capacitor de saida do filtro tenha reatancia pelo menos 10
vezes menor (prevaleça) sobre a impedancia do próximo estágio.
Vamos considerar um estágio de entrada de amplificador com 10K
de impedancia , assim poderemos dimensionar o capacitor.
Considerando a frequencia de corte em 300 hz , faremos com que a
reatancia do capacitor ( X ) nesta frequencia ( 300 hz ) seja
pela menos 10 vezes ( 10k / 10 = 1K) menor do que a impedancia.
Partindo destes dados e aplicando a fórmula da reatancia
capacitiva , poderemos chegar ao valor do capacitor (teórico) .
Na fórmula utilizaremos : F = 300hz e X = 1 K , obtendo o valor
teórico de C = 0,53 uF ou C = 530 nF. Comercialmente o valor
mais próximo seria C = 560 nF. Na frequencia de corte o valor do resistor
é igual ao valor da reatancia capacitiva , que como já foi
estipulado acima será de 1K . Portanto temos determinado nossos
componentes: R = 1K e C = 560nF. Evidentemente que estes são circuitos
básicos e que podem ser bastante elaborados para se atingir
performance melhoradas , mas que serviram de ilustração para os
cálculos .
Equipe seu carro - Conta giros digital Super compacto !
Equipe seu carro - Projetos 2 - Contagiros digital - Teoria
Equipe seu carro - Projetos 3 - Contagiros Analogicos - Ponteiro