CIRCUITOS PRÁTICOS - Conforme vimos em artigo anterior, os filtros podem ser do tipo série ou paralelo, sendo em princípio o seu funcionamento idêntico. A atenuação obtida depende não só dos valores dos componentes utilizados como também do número de componentes.
Obs. Este artigo é a continuação de uma série no site.
Na figura 1 temos circuitos do tipo série e paralelo equivalentes que oferecem uma atenuação de 6 dB por oitava, operando em três canais.
As fórmulas que permitem o cálculo dos valores dos componentes são dadas na mesma figura. Nestas fórmulas as capacitâncias devem ser expressas em Farads, as indutâncias em Henry, as frequências em Hertz.
Ro é a impedância do circuito, sendo determinada ou calculada em ohms.
Na figura 2 temos os circuitos série e paralelo equivalentes, para uma atenuação de 12 dB por oitava com as fórmulas correspondentes para os cálculos dos componentes usados.
Neste filtro temos a divisão da faixa de frequências em três partes, onde f1 corresponde ao primeiro ponto de transição (crossover) e f2 corresponde ao segundo.
Na figura 3 temos o diagrama de um filtro de 12 dB por oitava para dois canais.
Este filtro é comumente denominado 2L-2C por levar dois capacitores e dois indutores. Para as fórmulas dadas para o cálculo dos componentes, fc é a frequência de transição (crossover) que é única no caso.
Na figura 4 é dado o diagrama de um filtro em pi de dois canais com atenuação de 18 dB por oitava, com as fórmulas que permitem o cálculo dos componentes a serem utilizados.
Para cada um dos quatro circuitos daremos exemplos práticos, e também ensinaremos como enrolar os indutores que de certo modo são os componentes únicos que oferecem alguma dificuldade de obtenção pelos leitores.
Na figura 5 temos o primeiro circuito prático para uma atenuação de 6 dB por oitava com os valores dos componentes.
Este filtro possui frequências de transição em 500 Hz e 4 500 Hz podendo ser utilizado em sistemas que exigem uma carga de 8 ohms.
Na figura 6 temos o segundo circuito prático que é de um filtro de 3 canais com atenuação de 12 dB por oitava com frequências de transição de 600 e 4500 Hz (Estes dois circuitos são sugeridos pela Philips em seu Buiding HI-FI Speaker Systems).
Na figura 7 é sugerido um circuito prático de filtro de dois canais com atenuação de 12 dB por oitava com frequência de transição de 1 000 Hz (8 ohms).
Na figura 8 é sugerido um filtro "PI" de dois canais com atenuação de 18 dB por oitava também com frequência de crossover em 1 000 Hz.
Nas figuras 9 e 10 temos exemplos de filtro do tipo assimétrico para 2 e 3 canais, ou seja, circuitos em que as curvas de atenuação antes e depois da frequência de transição não são iguais.
Este comportamento é obtido pelo fato dos componentes que formarem o ramo de baixa frequência do circuito não ocuparem posição equivalente aos componentes que formam o ramo de alta frequência.
As Bobinas
Os valores das indutâncias apresentadas pelas bobinas usadas nos divisores de frequências podem variar segundo uma faixa muito ampla e como normalmente em vista da potência exigida pelos alto-falantes a corrente que circula por estas bobinas é intensa, a obtenção do componente com o valor exato desejado tanto no que se refere à indutância como à espessura do fio é muito difícil.
Por este motivo, as bobinas utilizadas em divisores de frequências para alto-falantes devem ser obrigatoriamente enroladas pelo montador.
A tarefa em si de realizar a construção da bobina não é difícil, já que tanto o fio esmaltado a ser utilizado como o material para a confecção do carretel podem ser encontrados com facilidade.
O que normalmente é obstáculo para os montadores menos experientes é a parte de “cálculos" que é exigida na determinação de quantas espiras de fio em determinada forma são necessárias para se obter a indutância desejada (figura 11).
Nas bobinas utilizadas nos filtros, a espessura do fio esmaltado é, portanto, função da potência do sistema de som, sendo dada com aproximação que permite certa segurança no funcionamento a seguinte tabela:
Observe o leitor, entretanto, que quanto maior for o número do fio, ou seja, menor sua espessura, maior será a resistência ôhmica que a bobina apresentará e esta é uma característica indesejável nos filtros, já que ela é responsável por uma perda de potência.
Assim, se houver possibilidade, o leitor não deve economizar no fio usado para a bobina no que se refere à espessura, optando sempre pelo mais grosso possível.
De um modo geral considera-se satisfatória para uma aplicação como filtro, uma bobina que tenha uma resistência ôhmica inferior a 1 ohm.
Na figura 13 temos as dimensões da bobina que devem ser consideradas no cálculo do número de espiras para determinada indutância, e na mesma figura uma fórmula aproximada para seu cálculo.
Na fórmula, n é o número de espiras, L é o valor da sua indutância em microheny (uH) e A, B e C são as dimensões marcadas em centímetros.
Para que a fórmula se aproxime o máximo da precisão desejada, as dimensões. A, B e C devem ter valores próximos. São valores comumente usados para A, B e C os compreendidos entre 2 e 3 cm.
Para facilitar ao máximo a construção das bobinas, sem a necessidade de muitos cálculos, costuma-se empregar ábacos na determinação de suas dimensões, espessura do fio e número de espiras.
Diversos são os ábacos que em conjunto podem fornecer todos os dados para a construção de uma bobina, os quais podem ser encontrados na maioria das publicações técnicas que tratam do assunto (e na internet).
Escolhemos para orientação mais completa do leitor um conjunto de ábacos, bastante funcionais, publicados na revista europeia HI-FI Electronique Pour Vous, os quais permitem a realização prática de todas as bobinas exigidas em nosso projeto.
Na figura 14 é dada a bobina utilizada no caso, em que todas as dimensões são iguais, para maior facilidade em sua determinação.
É sempre conveniente lembrar na determinação das características da bobina, que sua resistência, para potências até 30 W deve ser inferior a 1 ohm, e para potências maiores, menor mesmo que O,5 ohm.
Suponhamos que a bobina a ser utilizada em um projeto prático de divisor de frequência deva ter uma indutância de 1,5 mH.
No gráfico da figura 15, procuramos então o valor desejado na linha horizontal L (mH). Traçando uma linha vertical a partir do valor indicado vemos que esta cruza com as transversais de X (24,5; 19,05; 12,7 mm; etc.).
Entretanto, vemos que os níveis em que os cruzamentos ocorrem são diferentes, correspondendo portanto à diferentes resistências ôhmicas.
Para o cruzamento na linha de 25,4 mm, tirando uma horizontal até a marcação de R, vemos que a resistência obtida é de apenas 0,2 ohms, enquanto que na linha de 19,05 mm para X, a resistência já será da ordem 0,4 ohms.
Para a linha de 12,7mm, a resistência será de 0,9 ohms. A linha de 9,52mm é imprópria para o nosso caso, pois a resistência já será superior à 1 ohm.
O valor de 0,9 ohms pode ser considerado bom, se a potência do amplificador for inferior à 30 W.
Para efeito prático, suponhamos que esta seja a bobina escolhida:
Temos então:
R = 0,9 ohms
L = 1,5 mH
X = 12,7 mm
Com estes dados, passamos ao ábaco seguinte, dado na figura 16.
Na horizontal procuramos então o valor da indutância desejada que no caso é de 1,5 mH, e traçamos a partir desse valor uma linha vertical até que esta encontre a transversal correspondente às dimensões X, ou seja, 12,7 mm.
No ponto de encontro das linhas, traçamos uma horizontal que nos dará o número de espiras da bobina. No caso teremos n = 200 espiras.
Veja o leitor que a escolha inadequada de X no ábaco anterior pode resultar na necessidade de se enrolar um número excessivamente grande de espiras para a bobina.
Se houver problemas neste sentido o leitor deve procurar um novo valor de X, sempre em função de R, para que esta não seja menor que 1 ohm, e com isso encontrar um "n" mais conveniente.
De posse do número de espiras, a próxima etapa consiste na determinação do tipo de fio a ser usado, ou seja, de sua espessura. Esta informação será obtida através do ábaco da figura 33.
Na linha horizontal, procuramos então o número de espiras desejado, no nosso caso 200, e a partir deste valor tiramos uma linha vertical até o ponto em que esta encontre a transversal correspondente às dimensões de X, no nosso caso 12,7 mm.
Do ponto de encontro tiramos então uma horizontal que nos levará à espessura do f¡o, ou seja ao seu diâmetro. Esse valor será de 0,7 mm aproximadamente o que corresponde ao fio AWG 21.
Na figura 18 é então mostrada a bobina totalmente confeccionada com as características desejadas.
A corrente máxima que pode ser suportada por um fio esmaltado é função de sua espessura e este fator deve ser considerado em caso de amplificadores de áudio já que as cargas de 4 ou 8 ohms para potências altas implica na circulação de correntes que podem chegar a valores consideráveis.
Veja o leitor que a corrente instantânea que circula pela bobina móvel de um alto-falante de 4 ohms quando ligado à um amplificador de 100 W é de 5 ampères.
Uma bobina num filtro divisor de frequências em série com este alto-falante deve estar apta a suportar tal corrente.
Damos a seguir uma tabela de espessuras de fios em mm, o seu número AWG e a sua capacidade de corrente em ampères.
Veja a primeira parte - Conheça os Divisores de Frequência (Parte 1) (ART2630)
