Indutores, capacitores e filtros (ART221a)

Pelo seu comportamento elétrico, os indutores e os capacitores podem ser usados em muitos circuitos que envolvam sinais de determinadas freqüências. Dentre esses circuitos podemos citar os filtros, capazes de permitir a passagem de sinais de determinadas freqüências, bloquear sinais de determinas freqüências, etc. Os filtros encontram aplicações gerais importantes que serão analisadas neste artigo.

 

 

 

De acordo com suas propriedades os filtros podem ser classificados em quatro grupos:

a)Passa baixas

b)Passa altas

c)Passa faixas ou passa-banda

d)Rejeitores de faixa ou banda

 

Os primeiros permitem a passagem de sinais cujas freqüências estejam abaixo de determinado valor. O segundo permite a passagem de sinais que estejam acima de determinada frequência. O terceiro permite a passagem de sinais que estejam dentro de uma determinada faixa de freqüência e o quarto rejeita os sinais que estejam dentro de uma determinada faixa de freqüências, deixando passar os demais.

Os filtros comuns normalmente são projetados com base em dois componentes passivos: indutores e capacitores.

Neste artigo daremos uma idéia geral de como funcionam esses componentes para depois analisarmos suas aplicações nos filtros, propriamente ditos.

 

Capacitores

Os capacitores são formados por dois conjuntos de armaduras condutoras separadas por um material isolante, denominado dielétrico.

Quando aplicamos uma tensão a um capacitor, as armaduras se carregam com cargas de sinais contrários. A presença do material isolante impede que qualquer corrente circule entre as armaduras e com isso as cargas se esgotem. A figura 1 mostra o que ocorre.

 

Isso quer dizer que, uma vez carregado, num circuito de corrente contínua, um capacitor representa uma resistência infinita. Nenhuma corrente pode circular através dele. Nos circuitos de corrente alternada entretanto, o comportamento de um capacitor é outro.

Ligando um capacitor a uma fonte de tensão alternada, conforme mostra a figura 2, o capacitor vai carregar-se e descarregar-se acompanhando as inversões da polaridade da tensão aplicada.

 

Isso significa que, ao contrário da ligação em corrente contínua em que a corrente não circula, teremos sempre uma corrente circulando para a carga e descarga do capacitor.A intensidade dessa corrente depende de dois fatores:

 

a)Valor do capacitor

b)Frequência da corrente do gerador

 

Se o capacitor for pequeno, a quantidade de cargas elétricas que devem ser movimentadas para carregar o capacitor é pequena e com isso a intensidade da corrente será menor. A intensidade da corrente está em proporção direta com o valor do capacitor.

Por outro lado, se a freqüência do gerador for maior, teremos uma velocidade maior de carga e descarga do capacitor e com isso a movimentação das cargas será maior. A corrente estará na proporção direta com o valor da freqüência.

Podemos imaginar um capacitor como um componente que apresenta uma certa “resistência” à passagem de uma corrente alternada, mas que na verdade, não tem cargas passando através deles. Diremos, em termos mais próprios, que o capacitor apresenta uma “reatância”, e como se trata de fenômeno ao capacitor, dizemos “reatância capacitiva, conforme mostra a figura 3.

 

Na figura 3 mostramos um gráfico que relaciona a reatância capacitiva com a freqüência. Uma fórmula permite calcular a reatância capacitiva de um capacitor, a qual é medida em ohms:

 

Xc = 1/(2 x ? x f x C)

 

Onde:

Xc é a reatância capacitiva em ohms

f é a freqüência em hertz

C é a capacitância em farads

? = 3,14 (constante)

 

Veja que, realmente, a resistência que um capacitor apresenta à circulação de uma corrente alternada é inversamente proporcional à freqüência e à capacitância, conforme explicamos. Na tabela dada a seguir, damos alguns valores de reatâncias e capacitâncias associadas, para o leitor tenha uma idéia da sua ordem de grandeza:

 

f (kHz) 1 uF 1,5 uF 2 uF 2,5 uF

10 159,236 106,157 79,618 63,694

20  76,618 53,079 39,809 31,848

30 53,079 35,836 26,539 21,232

40 39,809 26,540 19,905 14,924

50 31,847 21,230 15,924 12,740

60 26,539 17,693 13,270 10,616

70 22,748 15,165 11,374 9,098

80 19,905 13,270 9,953 7,962

90 17,693 11,795 8,847 7,078

100 15,924 10,615 7,962 5,370

 

Um capacitor de 1 uF, na freqüência de 50 kHz, por exemplo, se comporta como uma “resistência” de 31,847 ohms.

 

Exemplo de Aplicação da Fórmula

 

Qual é a reatância capacitiva (Xc) apresentada por um capacitor (C) de 1 uF para um sinal de 2 kHz?

 

Temos:

Xc = ?

C = 1 x 10-6 F (convertendo microfarads para farads)

f = 2 kHz = 2 000 Hz ou 2 x 103  Hz

 

Aplicando a fórmula:

 

Xc =1/(2 x 3,14 x f x C)

Xc = 1/(2 x 3,14 x  2 x 103 x 106 )

Xc = 1/(12,56 x 10-3 )

Xc = 0,0796 x 103

Xc = 79,6 ohms

 

 

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N° do componente 

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