APS: Projeto e construção de filtro passa-faixa configurável

Prof. Dr. Marcelo de Oliveira Rosa

23 de setembro de 2014

1 Introdução

O intuito deste projeto é construir um equalizador de 2 faixas (um passa-baixa e um passa-alta) usando filtros com topologia Sallen-Key.

Um equalizador ideal é um dispositivo que isola determinadas bandas de frequências, e possibilita que tais componentes sejam amplificadas ou atenuadas.

2 Projeto

O trabalho (em grupo de três alunos) consiste em projetar e construir (em matriz de pontos) um equalizador de duas faixas. As seguintes faixas fixas de frequências serão usadas (sua escolha será na base primeiro que chegar, leva:

Grupo Q do passa-baixa Q do passa-alta  Faixas (em Hz)
1  1/2  1/\sqrt{2}  até 4k acima de 4k
2  1/\sqrt{2}  1/2  até 4k acima de 4k
3  1/2  0,6  até 4k acima de 4k
4  1/2  1/\sqrt{3}  até 4k acima de 4k
5  1/2  1/\sqrt{2}  até 3,5k acima de 3,5k
6  1/\sqrt{2}  1/2  até 3,5k acima de 3,5k
7  1/2  0,6  até 3,5k acima de 3,5k
8  1/2  1/\sqrt{3}  até 3,5k acima de 3,5k
9  1/2  1/\sqrt{2}  até 2,5k acima de 2,5k
10  1/\sqrt{2}  1/2  até 2,5k acima de 2,5k
11  1/2  0,6  até 2,5k acima de 2,5k
12  1/2  1/\sqrt{3}  até 2,5k acima de 2,5k
13  1/2  1/\sqrt{2}  até 1k acima de 1k
14  1/\sqrt{2}  1/2  até 1k acima de 1k
15  1/2  0,6  até 1k acima de 1k
16  1/2  1/\sqrt{3}  até 1k acima de 1k

Tabela 1: Faixas de freqüência

O projeto deve usar apenas amplificadores operacionais (amp-op), resistores e potenciômetros, capacitores e indutores. Deve-se usar um ou mais potenciômetros (dependendo do projeto) para controlar a atenuação ou amplificação individual de cada faixa do equalizador.

No projeto, defina resistores (e demais componentes, se necessário) para trabalhar com correntes na faixa de mili-amperes. Considere atenuação e ganhos máximos de \frac{1}{4} e 4 vezes a amplitude do sinal de entrada para cada seção.

O parâmetro Q deverá ser pesquisado para saber o que significa. O relatório consistirá de:

1. Apresentar a topologia de alto nível da solução (diagrama em blocos contendo sinais de entrada, somadores, filtros);

2. Apresentar a topologia individual de cada filtro;

3. Definir as equações de resposta em frequência dos circuitos dos filtros

4. Obter a resposta ao impulso (usando MatLab ou Octave) do circuito que opera sobre cada uma das faixas;

5. Obter a resposta ao impulso (usando MatLab ou Octave) do circuito total (escolha os ganhos de amplificação/atenuação que desejar);

6. Obter o diagrama de Bode (usando Matlab ou Octave) do circuito que opera sobre cada uma das faixas;

7. Obter o diagrama de Bode (usando Matlab ou Octave) do circuito total (escolha os ganhos de amplificação/atenuação que desejar);

8. Definir a amplitude máxima do sinal de entrada para evitar saturação;

9. Definir os componentes exatos para o equalizador;

10. Definir os componentes de mercado que atendem o projeto;

11. Obter a nova equação de resposta em frequência para o circuito total com componentes de mercado;

12. Obter a resposta ao impulso para o circuito total com componentes de mercado (use os mesmos ganhos escolhidos em item anterior);

13. Simular o circuito (usando Orcad ou equivalente) com componentes de mercado e sinais senoidais dentro das duas faixas;

Para este item em particular, as curvas de entrada e saída para os dois sinais senoidais devem constar no relatório, bem como o diagrama do circuito usado na simulação.

14. Simular a resposta em frequência do circuito (usando análise AC no Orcad ou equivalente) com componentes de mercado;

Este relatório (sucinto) será entregue em data constante no plano de aulas, quando a equipe será arguida pelo professor quanto ao projeto. A nota individual será composta de:

1. 75% referente à nota do grupo pela apresentação do relatório completo (e correto)

2. 25% referente à arguição oral feita pelo professor com base no projeto

Se o aluno não souber responder as questões formuladas pelo professor (referente ao projeto), perderá essa fração da nota, sem prejudicar o grupo.

3 Construção

Uma vez projetado, o circuito será montado em matriz de pontos (não é necessário realizar soldagens) usando os componentes de mercado. A avaliação será feita por varredura manual através um osciloscópio e um gerador de funções.

A montagem funcional do circuito dará ao grupo um adicional de nota.