Dominando o Projeto de Filtro Notch: Supressão Precisa de Ruído para Eletrônica Confiável

Ruído e interferência são comuns ao lidar com dispositivos elétricos porque diferentes circuitos produzem frequências de sinal variadas que colidem. Tais problemas são prevalentes em dispositivos de comunicação, que são facilmente afetados por linhas de energia. Se você está enfrentando tais problemas, há uma maneira de filtrar as frequências indesejadas usando um projeto de filtro notch. Existem diferentes tipos de filtros notch, e cada um tem um projeto de circuito único que requer componentes específicos para construir.

Neste artigo, veremos eles em detalhes para permitir que você construa o circuito correto.

O que é um Filtro Notch?

Também conhecido como filtro de rejeição de banda ou filtro band-stop, um filtro notch é um dispositivo que cria um alto nível de atenuação em um notch estreito. Ele rejeita esta banda de frequências mas permite que todas as outras abaixo ou acima da faixa bloqueada transmitam.

O dispositivo é útil para filtrar ruído particular, como o zumbido de 60Hz vindo de uma fonte de energia CA.

Características do Filtro Notch

Filtros notch têm três atributos:

• Largura de banda estreita (stopband)
• Grande profundidade de atenuação
• Alto fator Q

Para alcançar alto Q, você precisa de uma profundidade de atenuação quase infinita e um amplificador operacional de alto ganho no circuito.

Tipos de Filtros Notch

Projetos de filtros notch têm três componentes. Um filtro passa-baixa atenua as altas frequências, um filtro passa-alta bloqueia as baixas frequências, e um amplificador somador combina os resultados.

No entanto, existem diferentes tipos de filtros notch, e cada um tem um projeto de circuito único. Eles incluem:

Filtro Notch Ativo

A parte verde forma o filtro passa-baixa neste filtro ativo, enquanto a parte azul forma o filtro passa-alta. Estes são somados pelo amp-op (componentes laranja).

Filtro Notch Passivo

Diferente de um filtro notch ativo, este tipo só tem componentes passivos. Não tem amplificadores, que formam a parte ativa do circuito.

As partes laranja formam a seção do filtro passa-baixa no diagrama, enquanto os componentes azuis formam o filtro passa-alta.

Filtro Notch RLC

Como o nome sugere, um filtro notch RLC é um tipo passivo porque o circuito só tem um resistor (R), indutor (L) e capacitor (C).

Filtro Notch Butterworth

Um filtro notch Butterworth produz uma resposta que é tão plana quanto possível, tornando-o confiável e altamente preciso. A maioria dos equipamentos médicos, como ECGs, tem o dispositivo.

Filtro Notch FM

Filtros notch FM ajudam a rejeitar sinais FM fortes que causam saturação do receptor. Modulação de frequência na mesma banda aumentou, principalmente devido a transmissões de áudio localizadas, então este dispositivo é crucial para reduzir ruído.

Outros tipos incluem filtros notch ópticos, RF e inversos. Pode haver mais, mas todos têm um filtro notch ativo ou passivo como circuito subjacente. A única maneira de diferenciar entre os dois é se o projeto do circuito tem um componente ativo (circuito amplificador) ou não.

Exemplo de Projeto de Filtro Notch

Como afirmado anteriormente, um filtro notch tem três componentes principais: um filtro passa-baixa, um filtro passa-alta e um amplificador. Combinados, os três atenuam uma faixa de frequência estreita e específica.

A topologia de filtro notch mais comum é o design básico twin-T notch filter. É uma combinação de dois ramos RC.

A configuração T superior (em vermelho) é o filtro passa-baixa, enquanto a T inferior (em verde) é o filtro passa-alta.

No entanto, se você quer atingir um nível mais estreito de rejeição com alto nível de atenuação, precisa introduzir um amplificador operacional.

O circuito ainda tem um problema principal. Aumenta o ganho após a atenuação V na curva de resposta. Portanto, você precisa introduzir outro amplificador operacional para impedir que o circuito altere a banda de passagem.

Exemplo de Projeto

Digamos que queremos projetar dois amplificadores operacionais com frequência de notch de 1kHz e largura de banda de 3dB de 100Hz. Considere o valor dos capacitores do filtro passa-alta como 0,1uF.

Podemos usar a fórmula para obter a frequência do filtro notch, que é:

Portanto, podemos projetar o filtro notch ativo para uma profundidade de notch de 20dB da seguinte forma:

Projetar um Filtro Notch Tipo RLC

Outro exemplo que vale a pena ver é o filtro notch RLC. Em vez de ter um design twin-T com seis componentes, este só tem três: um resistor, indutor e capacitor.

Se a tarefa é projetar um circuito com 23 kHz e 25 kHz como frequências de corte, aqui está como proceder.

Função de Transferência do Filtro Notch

BW é a largura de banda.

W_Z é a frequência circular zero (frequência de corte), enquanto W_P é a frequência circular do polo. W_P determina o tipo/características do filtro, e há três possibilidades.

• Se a frequência circular do polo for maior que a frequência circular zero (W_P > W_Z), então é um filtro notch passa-alta
• Se a frequência circular do polo for menor que a frequência circular zero (W_P < W_Z), então é um filtro notch passa-baixa
• No entanto, se os dois forem iguais, então você tem um filtro notch padrão

Portanto, você pode reescrever a fórmula de um filtro notch padrão como:

W_C é a largura da banda rejeitada, enquanto W₀ é a frequência rejeitada (central).

Aplicações do Filtro Notch

• Sistemas de comunicação: Há alta probabilidade de interferência do sinal de mensagem por ruídos harmônicos (especialmente por linhas de energia), e filtros notch ajudam a remover esta faixa de frequências.
• Aplicações de áudio (aplicações acústicas): Ruídos de zumbido podem distorcer ou criar picos agudos em dispositivos de engenharia de áudio como amplificadores e sistemas PA, mas filtros notch podem eliminar estas frequências.
• Engenharia médica: Interferência de linha de energia pode atrapalhar leituras de EEG e ECG. Filtros notch ajudam a eliminar este ruído de linha de energia dos sinais biomédicos.
• Serviços de internet: Transmissão de internet sobre linhas telefônicas, como DSL, é suscetível a interferência indesejada, e a única maneira de lidar com isso é um filtro notch como redutor de ruído de linha.
• Processamento de sinal digital e imagem
• Aplicações ópticas

Resumo

Filtros notch são dispositivos úteis em várias aplicações, principalmente porque podem bloquear interferência causada por fontes de energia CA.

Se você quer construir este dispositivo, a informação acima e diagramas de circuito são suficientes para guiá-lo pelo processo.

No entanto, você precisa comprar os componentes discretos necessários para esse projeto primeiro, e temos tudo que você precisa. Entre em contato conosco para obter ofertas acessíveis em PCBs autênticos, resistores, capacitores e todas as peças necessárias para configurar o filtro.