UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS
CENTRO MULTIDISCIPLINAR DE CARAÚBAS
DISCIPLINA: CIRCUITOS ELTRÔNICOS II
DOCENTE: DR. PROF. FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
DISCENTES :
ERIKA OLIVEIRA DOS SANTOS
JOERDSON TIAGO BATISTA DA SILVA
YURI FERNANDES DA SILVEIRA
Projetar um Equalizador de áudio utilizando filtros ativos passa-banda de segunda ordem e amplificadores operacionais (amp-op). Por fim, este relatório tem como finalidade mostrar de forma didática como o projeto proposto foi elaborado.
O equalizador deve ter 3 estágios, sendo um para frequências graves, um para frequências médias, e um para frequências agudas. A definição das faixas de frequências pode ser observada na Figura 1. Além disso, deve-se ter algum mecanismo de controle de ganho/volume individual (em cada estágio), e um geral (master).
Um Equalizador permite que você melhore a qualidade de som, ou seja, permite ajustar os níves e efeitos sonoros para assim obter um melhor desempenho dos seus aparelhos eletrônicos, como por exemplo alto-falantes ou fones de ouvidos. O projeto tem como finalidade apresentar um equalizador de áudio fácil de usar com o controle de volume individual e um geral, similar ao que acontece na prática.
Como mencionado anteriormente, o circuito é constituído por um filtro ativo, do tipo passa banda de segunda ordem, com implementação de amp-op. Dessa forma, para construir a topologia do filtro passa-banda é necessário a junção de dois filtros ativos, o filtro passa-altas e o filtro passa-baixas, respectivamente nessa ordem a junção. Nesta seção, é apresentado o memorial descritivo da parte teórica, e por fim, os resultados obtidos.
A topologia do projeto, é composta por três filtros passa banda, um estágio para cada faixa de frequência, ou seja, para as faixas de frequência grave, médias e agudas, conforme mostrado na Figura 1. Sendo implementador em um amp-op somador, com reguladores de ganho individuais e o geral.
A seguir será apresentado o memorial de cálculo, vale destacar que o circuito implementou o circuito denominado Sallen-Key de componentes iguais.
Considerações:
Os amplificadores operacionais (amp-op) também são comumente empregados na construção de filtros ativos. Um circuito de filtro pode ser construído utilizando-se componentes passivos: resistores e capacitores. Além disso, um filtro ativo usa adicionalmente um amplificador para produzir aplicações de tensão e bufferização ou isolação do sinal. Um filtro que apresenta uma resposta constante de CC até uma frequência de corte 𝑓_𝑂𝐻 e impeça que qualquer sinal passe além da frequência é chamado de filtro passa-baixas ideal. Um filtro que permite a passagem somente de sinais de frequência acima de uma frequência de corte 𝑓_𝑂𝐿 é um filtro passa-altas. Por fim, quando um circuito permite a passagem de sinais acima de uma frequência de corte e abaixo de uma segunda frequência de corte, é chamado de filtro passa-banda.
A seguir os critérios utilizados para as faixas de frequências:
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Frequência Graves - adotou-se uma faixa de frequência de 20 Hz à 500 Hz, onde 20 Hz é a frequencia de corte do filtro passa-altas (f_OL) e 500 Hz a frequência de corte do filtro passa-baixas (f_OH).
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Frequência Médias - adotou-se uma faixa de frequência de 250 Hz à 4 kHz, onde 250 Hz é a frequencia de corte do filtro passa-altas (f_OL) e 4 kHz a frequência de corte do filtro passa-baixas (f_OH). Como pode-se notar, levou-se em consideração a faixa de frequência de transição entre as frequências.
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Frequência Aguda - adotou-se uma faixa de frequência de 2 kHz à 20 kHz, onde 2 kHz é a frequencia de corte do filtro passa-altas (f_OL) e 20 kHz a frequência de corte do filtro passa-baixas (f_OH).
Após encontrar os valores de Resistores (R) e capacitores (C), foi implentados os circuitos. A Figura 2 mostra a topologia do circuito para a frequencia grave, e na sua resposta para frequência de corte na Figura 3. Vale destacar que foram realizadas associações para os componentes resisivos e capacitores em série ou paralelo, utilizando valores comerciais.
A Figura 4 apresenta a topologia para o filtro passa banda de frequência média e a Figura 5, sua resposta de frequência de corte.
Agora será apresentado o filtro passa banda de frequência aguda na Figura 6 e sua frequência de corte, Figura 7.
Após analisar cada circuito separadamente, e confirmar que foram satisfeita as condições iniciais, foi implemantado os circuitos em um amp-op somador, como mostrado na Figura 8, e sua frquência de corte na Figura 9. O circuito utilizou um fonte de sinal de entrada de 500 mV, e amplificadores do tipo 741. Além disso, foram utilizados potenciômetros para realizar o controle de ganho/volume individual e geral. Desse modo, as demais informações constaram no projeto.
Podemos observa com a figura 9 que, a largura da banda não se mostrou completamente plana mas atende as caracteristicas pedidas no projeto. Temos que um filtro ideal possuiria uma banda passante totalmente plana (figura 1), e iria atenuar completamente todas as frequências fora desta banda, porem na na prática não ocorre dessa forma. A banda passante teve algumas oscilações, porem as frequências de corte das extremidades (que define o limite da banda onde as frequências não são atenuadas) coincidiram para uma respota esperada.
A seguir é ilustrado o layout e a PCB em 3D. Vale destacar que durante as simulações do projeto e o layout da PCB , o software utilizado foi o proteus.
Nesta seção será apresentado a lista dos materiais, utilizados para elaborar o projeto, bem como seu valor.
Tabela 1 - Lista de Materiais
Fonte dos preços: Bau da eletrônica, Solda Fria, Paresteck e Amazon.
A partir das etapas de análise implementadas, foi possível concretizar os objetivos pretendidos com a determinação das faixas de frequências graves, médias e agudas. A análise teórica realizada apresentou resultados convergentes com os obtidos na simulação do circuito. Assim, portanto, a modelagem simplificadora adotada apresenta validade significativa.
Nesta seção, será anexado o link com um vídeo explicativo dos integrantes do projeto.
Vídeo de Erika (https://drive.google.com/file/d/1qVSOvwzjrLqCxzhiHRnqsLTnm3BblINS/view https://drive.google.com/file/d/1W7HToCUN6iWY3q03z0qC4lZ3TPHgU_lA/view)
Vídeo de Joerdson (https://drive.google.com/file/d/1Cm6ZD1-bd4-tCf1JsvZ4MwVuOX_ri4xq/view?usp=sharing)
Vídeo de Yuri (https://drive.google.com/file/d/1RKlBarmfgpW-UrKd1QoHDpdVuPZ0AN3d/view?usp=sharing)