Existem aplicações em que é importante rejeitar sinais especificamente na frequência de 60 Hz (rede de energia). Dependendo do caso, estes filtros devem ter uma elevada seletividade, o que significa um alto Q. Neste artigo, baseado em material da National Semiconductor, descrevemos dois circuitos com amplificadores operacionais para a rejeição da frequência indicada.
Um filtro rejeitor de determinada frequência deixa passar sinais de todas as outras frequências, porém apresenta um baixo ganho ou mesmo atenuação na frequência para a qual é sintonizado.
Com amplificadores operacionais a configuração preferida para se obter um filtro capaz de rejeitar uma frequência é a que faz uso do duplo T, conforme mostra a figura 1.
Usando apenas resistores e capacitores, esta configuração não necessita de um tipo de componente que é problemático nos projetos de baixa frequência, que é o indutor.
O primeiro circuito que apresentamos combina um duplo T com um amplificador operacional LM 102, da National Semiconductor, e ele permite que se obtenham fatores Q de até 50.
Para obter este fator Q com o uso de capacitores pequenos e com uma elevada impedância de entrada o amplificador operacional é ligado como seguidor de tensão (buffer).
Na figura 2 temos o circuito proposto com as fórmulas que permitem calcular a frequência rejeitada e também a relação entre os valores dos elementos do duplo T.
Observe que a junção de C3 e R3, que no duplo T convencional é aterrada, neste circuito é conectada à saída do operacional.
Como a impedância de saída do operacional nesta configuração e muito baixa, nem a frequência nem a profundidade da rejeição se alteram, mas em compensação a realimentação obtida proporciona um considerável aumento da seletividade.
Na figura 3 temos o gráfico que mostra a diferença de comportamento obtido quando utilizamos realimentação com o duplo T (bootstrap) e quando o usamos de maneira simples.
Dependendo da aplicação é interessante termos um controle sobre o fator Q do circuito, pois pode ocorrer que frequência do sinal que desejamos bloquear varie levemente, ou quando existem sinais espúrios de frequências muito próximas à central do filtro e que devem ser rejeitadas.
Para esta finalidade pode ser usado o circuito da figura 4, que faz uso de dois amplificadores operacionais e que também é sugerido pela National Semiconductor.
Neste circuito, um segundo seguidor de tensão proporciona a realimentação ao duplo T, mas de maneira controlada por R4, de modo que a seletividade (fator Q) pode ser variada entre 0,3 e 50.
Observe que o amplificador operacional adicional, ligado como seguidor de tensão, é necessário para realimentar o circuito de modo que a presença do potenciômetro não afete a frequência, pois a realimentação deve ser mantida a partir de uma fonte de baixa impedância.
A resposta deste filtro variará entre a de um duplo T simples e a de um duplo T com bootstrap. É interessante observar o que ocorre com a frequência e a seletividade destes circuitos quando os componentes do duplo T não estão perfeitamente casados.
Se, por exemplo, o valor de C3 estiver de 1% a 10% acima do indicado pelos cálculos, a seletividade do circuito aumenta, mas em compensação a profundidade do ponto de rejeição diminui.
Se o valor de C3 estiver de 10% a 20%? acima do indicado, o sistema passa a apresentar um ganho de tensão e funcionará como um amplificador sintonizado.
Ganhos de 400 foram obtidos nos testes.
Maiores valores de C3 fazem com que o circuito oscile, fornecendo na saída uma onda senoidal recortada.
Para se obter maior precisão com um mínimo de influência pela variação da temperatura. recomenda-se o uso de capacitores de mica prateada ou policarbonato e resistores de precisão.
Resistores com 0,1% de precisão e capacitores de 1% são importantes para se obter maior profundidade na rejeição, chegando-se a 60 dB com estas tolerâncias.
Capacitores de disco de cerâmica devem ser usados para desacoplar a alimentação dos integrados, com montagem a mais próxima possível dos seus pontos de alimentação.
