1
1
Filtros
Electrónica 3 –2005/06
José Machado da Silva
Vítor Grade Tavares
Electrónica 3 – 2005/06 2
Filtros
n Sumário
q Introdução
q Funções de aproximação de filtros
n Transformação de frequências
n Aproximações de Butterworth, Chebychev, Bessel, elípticas
q Síntese - implementação de filtros TC/AC
n Passivos
n Activos
q Implementação de filtros TD/AC
n Filtros de capacidades comutadas
2.
2
Electrónica 3 –2005/06 3
Filtros
n Exemplo
q Determinar, usando um polinómio de Butterworth, a função de
transferência de um filtro passa-banda que satisfaça os requisitos de
filtragem especificados na figura seguinte.
2MHz 8MHz
0,5MHz 16MHz
-3 dB
-20 dB
f0
Resolução:
- Achar frequência central
simétricas
são
não
limite
s
frequência
as
MHz
MHz
5
,
2
4
2
1
'
2
1
0
0 =
=
=
=
c
c
p
p
f
f
f
f
f
f
ΩC
1 Ω
log
-3 dB
-20 dB
f
log
- Achar a frequência limite da banda
de rejeição (ΩC)
fp2
fp1
fc1 fc2
Electrónica 3 – 2005/06 4
Filtros
n Resolução (cont.)
Passa-baixo normalizado
Passa-
banda
)
(ω
s
)
(
,
. 1
2
2
0
2
2
2
p
p
pb
o
pb
B
s
s
S
ω
ω
ω
ω
ω
ω
−
−
=
Ω
+
=
2
1 , p
p ω
ω 1
=
Ω pb
2
1, C
C ω
ω
1
2
1
2
p
p
c
c
C
ω
ω
ω
ω
−
−
=
Ω
3
51
,
2
5
,
2
log
2
1
10
log
2
5
,
2
2
2
25
,
5
2
10
20
2
0
0
2
1
2
0
2
1
0
0
1
1
2
0
1
=
⇒
=
−
≥
×
=
×
−
−
=
Ω
×
=
×
−
−
=
Ω
−
−
n
n
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
c
c
p
p
c
c
c
p
p
c
π
π
π
π
Usar a
menor
Ω
log
-3 dB
-20 dB
ΩC
1
( )( )
3
3
3
0
2
2
2
0
0
3
2
2
1
1
1
2
1
2
1
1
2
2
1
1
1
1
1
)
(
+
+
+
+
+
+
=
+
+
+
=
+
+
+
=
s
s
B
s
s
B
s
s
B
S
S
S
S
S
S
S
H
b
b
b
b
b
b
b
ω
ω
ω
3.
3
Electrónica 3 –2005/06 5
Filtros
n Conversão passa-baixo -> passa-banda
q No passa-baixo normalizado uma
indutância tem como reactância:
q e um condensador uma admitância:
q Invertendo a normalização, a indutância
converte-se num LC s érie:
q e a capacidade num LC paralelo
λ
λ
λ b
S
j
X =
Ω
=
λ
λ
λ
ω
λ
λ
x
s
x
s
s
s
x
sB
s
Sb
∆
+
∆
=
+
∆
=
+
=
1
1
1
2
0
2
λ
L C
γ
γ
γ
γ
b
S
j
Y
X
1
1
1
=
Ω
=
=
γ
γ
γ
γ
ω
γ
γ
x
s
x
s
s
s
x
sB
s
Sb
∆
+
∆
=
+
∆
=
+
=
1
1
1
2
0
2
L
C
Electrónica 3 – 2005/06 6
Filtros
n Normalização de componentes
passivos
q unidade de indutância
q unidade de capacidade
q valor normalizado da
indutância
q valor normalizado da
capacidade
;
1
;
p
c
u
p
c
u
R
C
R
L
ω
ω
=
=
;
;
u
u
C
C
L
L
=
=
γ
λ
u
u
u
u
C
L
C
C
L
L
L
L
2
2
1
1
2
2
1
1
;
;
γ
γ
λ
λ
=
=
=
=
4.
4
Electrónica 3 –2005/06 7
Filtros – circuitos ressonantes 2ªordem
n Circuito ressonante LC
C L
• Pólos D(s)= 0 => estrutura
natural corresponde Xi(s)= 0
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
s
X
s
X
s
D
s
N
s
H
i
o
=
=
Polinómios
C L
I
C
L
V
+
-
C
L
V
+
-
I= 0 V= 0 V= 0
Electrónica 3 – 2005/06 8
Filtros – circuitos ressonantes 2ªordem
n Circuito ressonante LC
C L
Zeq
∞
=
+
−
=
+
=
=
=
)
(
)
( 2
2
2
2
ω
ω
ω
ω
ω ω
ω
ω
j
Z
c
j
s
c
s
s
Z eq
o
j
s
o
eq
o
LC
o
1
=
ω
Frequência de
ressonância
C
Zin Zo
L
∞
=
=
=
+
−
=
=
=
)
(
)
(
)
(
0
)
(
)
(
2
2
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
j
Z
j
Z
j
Z
j
Z
L
j
j
Z
o
eq
o
in
o
in
o
o
5.
5
Electrónica 3 –2005/06 9
Filtros – circuitos ressonantes 2ªordem
n Circuito ressonante RLC
C
R L
RC
Q
LC
Q
s
s
LC
RC
s
s
s
D
o
o
o
ω
ω
ω
ω
=
=
+
+
=
+
+
=
1
1
1
)
( 2
0
2
2
A B
C
• Síntese de filtros PB, PA, PBanda e RB mediante divisores de tensão:
2
1
2
)
(
)
(
)
(
Z
Z
Z
s
V
s
V
s
H
i
o
+
=
=
Z2
Z1
Vi(jw) Vo(jw)
Electrónica 3 – 2005/06 10
Filtros – passivos
n Filtro Passa-baixo (PB) sem freq de “notch” implica 2 zeros
no infinito.
Os zeros são quando .
Estes são os únicos zeros.
0
2
1
→
∧
∞
→ Z
Z ∞
→
s
C
R
L
B
C
Vi(jω)
Vo(jω)
A
Z2
Z1
LC
s
RC
s
LC
s
Q
s
s
H
o
o
o
1
1
1
)
(
2
2
2
2
+
+
=
+
+
=
ω
ω
ω
XC
XL
Sugestão:
Obter expressão de Q
6.
6
Electrónica 3 –2005/06 11
Filtros – passivos
n Filtro Passa-alto (PA) sem freq de “notch” implica 2 zeros em
zero.
0
2
1
→
∧
∞
→ Z
Z 0
→
s
XC XL
C
R
L
B
C
Vi(jω)
Vo(jω)
A
Z2
Z1
LC
s
RC
s
s
s
Q
s
s
s
H
o
o
1
1
)
(
2
2
2
2
2
+
+
=
=
+
+
=
ω
ω
Os zeros são quando .
Estes são os únicos zeros.
Sugestão:
Obter expressão de Q
Electrónica 3 – 2005/06 12
Filtros – passivos
n Filtro Passa-baixo (PB) com freq de “notch” implica 2 zeros finitos no
eixo jω.
Para o LC paralelo então para
o
eq
Z ω
ω =
∞
=
⇒ ;
R
B
C
Vi(jω)
Vo(jω)
A
Z2
Z1
2
2
2
2
'
'
)
(
o
o
n
s
Q
s
s
C
C
C
s
H
ω
ω
ω
+
+
+
+
=
∞
→
1
Z
o
n
n
zero j
s
ω
ω
ω
>
±
=
L//C’
C
L
C’
o
n
n
o
C
L
L
C
C
ω
ω
ω
ω
>
×
=
×
+
=
'
'
1
)
(
1
0 dB
7.
7
Electrónica 3 –2005/06 13
Filtros – passivos
n Filtro Passa-alto (PA) com freq de “notch” implica 2 zeros finitos.
Para o LC paralelo então para
2
2
2
2
'
)
(
o
o
n
s
Q
s
s
L
L
L
s
H
ω
ω
ω
+
+
+
+
=
C
R
L’
B
C
Vi(jω)
Vo(jω)
A
Z2
Z1
L
o
eq
Z ω
ω =
∞
=
⇒ ; ∞
→
1
Z
L’//C
o
n
n
o
C
L
C
L
L
ω
ω
ω
ω
<
×
=
×
=
'
'
1
//
1
o
n
n
zero j
s
ω
ω
ω
<
±
=
SPICE
aborta a
simulação
0 dB
Electrónica 3 – 2005/06 14
Filtros – passivos
n Filtro Passa-banda (P-B) implica 1 zero finito (zero) e outro infinito.
Dois zeros impostos por Z2,
R
B
C
Vi(jω)
Vo(jω)
A
Z2
Z1
L
C
C
s
L
s ⇒
∞
→
⇒
→ ;
0
LC
s
RC
s
s
RC
s
Q
s
s
Q
s
H
o
o
o
1
1
1
)
(
2
2
2
+
+
=
=
+
+
=
ω
ω
ω
-3 dB
RC
Q
BW
1
0
=
=
ω
0 dB
8.
8
Electrónica 3 –2005/06 15
Filtros – passivos
n Filtro rejeita-banda (RB) implica 2 zeros finitos em ±jωo.
C
L
j
s n //
⇒
±
→ ω
LC
s
RC
s
LC
s
s
Q
s
s
s
H
o
o
o
1
1
1
)
(
2
2
2
2
2
2
+
+
+
=
=
+
+
+
=
ω
ω
ω
C
R
L
B
C
Vi(jω)
Vo(jω)
Z2
Z1
Dois zeros impostos por Z1,
-3 dB
RC
Q
BW
1
0
=
=
ω
0 dB
Electrónica 3 – 2005/06 16
Filtros passivos – síntese
n Passa-baixo
λ1
Vi(jω)
Vo(jω)
γ2 γ4 γn
λ3 λn-1
Vi(jω) Vo(jω)
γ1
γ3 γn-1
λ2
λn
Y22
I2
V2
V1
I1
Qualquer que seja a
ordem do filtro:
)
(
)
(
)
(
;
)
(
)
(
1
)
(
;
1
)
(
;
2
1
2
2
22
2
2
2
1
22
1
2
2
22
1
2
2
22
1
2
2
2
2
0
2
2
22
0
2
1
1
1
s
sD
s
D
s
Y
s
D
s
sD
s
H
Y
Y
V
V
s
H
V
Y
YV
V
V
Y
YV
I
I
I
V
V
I
Y
V
I
Y
V
V
=
+
=
+
−
=
=
+
=
−
⇒
+
=
−
=
−
=
=
=
=
=
ρ
C
C
R
R
=
ρ C
C
R
R
=
ρ
Neste caso
fez-se Y=Y12
9.
9
Electrónica 3 –2005/06 17
Filtros passivos – síntese
n Passa-baixo
s
s
s
s
s
s
Y
n
n
n
1
2
3
2
1
22
1
1
...
1
1
1
λ
γ
λ
γ
λ
γ
+
+
+
+
+
=
−
−
λ1
γ2 γ4 γn
λ3 λn-1 I2
V2
V1
I1
Y22
4
3
2
613
,
2
414
,
3
613
,
2
1
1
)
(
s
s
s
s
s
H
+
+
+
+
=
s
s
s
s
s
s
s
s
Y
531
,
1
1
577
,
1
1
082
,
1
1
383
,
0
1
414
,
2
613
,
2
613
,
2
1
383
,
0
2
3
22
+
+
+
=
+
+
+
=
Electrónica 3 – 2005/06 18
Filtros passivos – síntese
n Valores normalizados
0,309
0,894
1,381
1,694
1,546
5
0,383
1,082
1,577
1,531
4
0,5
1,333
1,5
3
0,707
1,4142
2
γ6
/λ6
γ5
/λ5
γ4
/λ4
γ3
/λ3
γ2
/λ2
γ1
/λ1
n
λ1
Vi(jω)
Vo(jω)
γ2 γ4 γn
λ3 λn-1
Y22
I2
V2
C
C
R
R
=
ρ
ρ=1
Vi fonte de impedância
interna nula
0,8023
2,6131
1,2477
2,7754
1,1955
1,8898
6
2,4565
0,7536
4,366
0,8096
3,4129
5
0,8420
2,7095
1,2336
1,9774
4
2,556
0,7589
3,4345
3
0,9047
2,0941
2
γ6
/λ6
γ5
/λ5
γ4
/λ4
γ3
/λ3
γ2
/λ2
γ1
/λ1
n
Chebychev – ripple=0,3dB
Butterworth
10.
10
Electrónica 3 –2005/06 19
Filtros passivos – síntese
n Operações de transformação
Rejeição de
banda
Passa-
banda
Passa-alto
Passa-baixo
Passa-baixo
normalizado
λ
γ
γ
ω
2
0
c
BR
c
BR
γ
c
p
R
γω
1
c
R
B
γ
1
c
R
B 1
2
0
ω
γ
c
BR
λ
1
2
0
ω
λ c
BR
c
R
B
λ
c
R
B 1
2
0
λω
c
p
R
×
ω
λ
c
p R
1
1
λω
c
p R
1
ω
γ
Electrónica 3 – 2005/06 20
Filtros – passivos
n Exemplo
q Determinar, os valores dos componentes do filtro passa-banda que
satisfaça os requisitos de filtragem especificados na figura seguinte, para
uma resistência de carga de 1kΩ.
2MHz 8MHz
0,5MHz 16MHz
-3 dB
-20 dB
f0
f
log
fp2
fp1
fc1 fc2
λ1=1,5
Vi(jω) Vo(jω)
γ2=1,333
C
C
R
R
=
ρ
λ3=0,5
L1
Vi(jω) Vo(jω)
C2
Ω
= k
RC 1
C1
L3
C3
L2
11.
11
Electrónica 3 –2005/06 21
Filtros – passivos
n
L1
Vi(jω) Vo(jω)
C2
Ω
= k
RC 1
C1
L3
C3
L2
( )
( )
( )
=
Ω
×
=
=
Ω
×
=
=
Ω
×
=
=
Ω
×
=
=
Ω
×
=
=
Ω
×
=
pF
k
MHz
MHz
C
H
k
MHz
L
pF
k
MHz
C
H
k
MHz
MHz
L
pF
k
MHz
MHz
C
H
k
MHz
L
4
,
119
1
1
5
,
0
.
4
2
6
2
3
,
13
1
6
2
5
,
0
4
,
35
1
1
6
2
333
,
1
8
,
44
1
333
,
1
.
4
2
6
2
8
,
39
1
1
5
,
1
.
4
2
6
2
8
,
39
1
6
2
5
,
1
2
3
3
2
2
2
2
1
1
π
π
µ
π
π
µ
π
π
π
π
µ
π
500kHz 2MHz 8MHz 16MHz
Electrónica 3 – 2005/06 22
Filtros passivos – síntese
n Perdas nos elementos passivos
C
L
RL
GC
L
L
R
L
Q
ω
=
c
L
G
C
Q
ω
=
• Perdas elevadas
• Para baixas freq. o tamanho e peso
tornam-se bastante elevados.
• A não linearidade nos materiais
ferromagnéticos origina harm ónicos.
• Indutores irradiam e captam ondas
electromagnéticas => ruído.
1000
<
L
Q • Baixas perdas
• Melhor comportamento
no que respeita aos restantes
aspectos.
000
.
10
<
C
Q
Indutâncias Condensadores
12.
12
Electrónica 3 –2005/06 23
Filtros activos
n Eliminar as indutâncias.
n Resultam, em geral, em circuitos de menores dimensões que
o equivalente RLC.
n Permitem ganho >1
n Soluções:
q Substituir as indutâncias de uma malha RLC por um circuito
baseado em AmpOp-RC, que apresente uma impedância de
entrada indutiva.
q Síntese do sistema de equações diferenciais de primeira ordem
(variáveis de estado), recorrendo a integradores de Miller.
q Síntese de “biquads” recorrendo a um único amplificador com
realimentação. São filtros com aplicabilidade em situações onde
Q<10.
Electrónica 3 – 2005/06 24
Filtros activos 2ª ordem – giradores (gyrators)
n O girador
n Indutância
=
−
=
−
=
−
=
=
=
1
2
2
1
21
12
22
11
,
0
,
0
AYV
I
V
A
Y
I
A
AY
Y
A
Y
Y
Y
Y
positiva
real
admitância
-
Y
positivo
real
nº
Y, A
I1 I2 V2
V1
Quadripólo activo para o qual:
Y, A
I1 I2
V2
V1
indutância
⇒
=
−
=
−
=
=
−
=
ω
ω
2
2
2
1
1
2
2
1
2
2
1
1
Y
C
j
V
I
AY
Y
A
I
V
CV
j
I
AYV
I
V
A
Y
I
13.
13
Electrónica 3 –2005/06 25
Filtros activos 2ª ordem – giradores
n Realização do girador
+
-
I1
V1
I2
V2
R1
R2
R3
R4
( )
=
=
−
=
=
=
−
=
=
+
−
=
=
−
+
=
−
+
=
−
=
−
=
0
;
1
1
;
1
1
22
4
21
1
12
1
11
4
1
2
1
2
1
1
1
1
3
1
2
3
1
2
4
2
2
1
3
1
2
4
2
2
3
0
2
4
2
2
2
0
2
1
2
1
1
Y
R
Y
R
Y
R
Y
R
V
I
R
V
R
V
I
V
R
R
R
R
R
R
R
V
V
V
R
R
R
R
V
I
R
V
V
R
V
I
R
V
V
R
V
V
I
4
2
3
1 R
R
R
R
se
;
Y, A
I1 I2 V2
V1
R1
=
=
4
1
4
1
1
R
R
A
R
R
Y
V0
Electrónica 3 – 2005/06 26
Filtros activos 2ª ordem – giradores
n Realização do girador
+
-
I1
V1
I2
V2
R1
R0
R0
R1
+
-
R
R
R1
Ri=-R1
14.
14
Electrónica 3 –2005/06 27
Filtros activos 2ª ordem – giradores
n Girador –> Conversor de impedância
+
-
+
-
Z4
Z3
Z2
Z1
Z5
A
Zeq
A
4
2
5
3
1
Z
Z
Z
Z
Z
Zeq
=
Electrónica 3 – 2005/06 28
Filtros activos 2ª ordem – giradores
n
+
-
+
-
+
-
+
-
4
2
5
3
1
R
C
R
R
R
L
L
j
Zeq
=
= ω
A
B
3
5
1
4
2
2
2
1
1
R
C
C
R
R
D
D
D
s
Z
j
s
eq
=
−
=
=
= ω
ω
R1
C2
R3
R4
R5
C1
R2
R3
R4
C5
B
A
15.
15
Electrónica 3 –2005/06 29
Filtros activos 2ª ordem – giradores
n Passa-alto
Y, A
I1
V2
V1
+
-
V2
C
C R
=
=
=
+
+
=
2
1
2
1
)
( 2
2
RY
m
C
Y
A
j
jm
j
A
j
H c
c
c
c
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
Electrónica 3 – 2005/06 30
Filtros activos 2ª ordem – giradores
n Quando a indutância é flutuante não é adequado usar o
conversor de impedâncias
n Para se usar o conversor de impedâncias nestas
circunstâncias, divide-se cada componente do circuito por s.
C
s
s
C
L
s
sL
L
sR
s
R
R
sC
2
1
1
1
1
=
→
=
→
=
→ −
Capacidade de valor R-1
Resistência de valor L
Elemento D de valor C
• Nem todas as topologias
se podem implementar
usando esta técnica.
16.
16
Electrónica 3 –2005/06 31
Filtros activos 2ª ordem - variáveis de estado
n Filtros de variável de estado e biquads (biquadráticos)
q baseiam-se no integrador de Miller.
q permitem mais do que uma resposta simultaneamente.
q são pouco sensíveis às não idealidades dos componentes.
q são em geral fáceis de ajustar.
Electrónica 3 – 2005/06 32
Filtros activos 2ª ordem - variáveis de estado
n Elementos básicos
+
-
° Integrador ideal
R1
C
C
R
o
1
1
=
ω
+
-
Σ
° Somador
+
-
R1
C
RC
o
1
=
ω
R
sRC
R
R
s
A
+
−
=
+ 1
1
1
0
ω
s
o
ω
−
° Integrador com perdas
17.
17
Electrónica 3 –2005/06 33
Filtros activos 2ª ordem - variáveis de estado
n Computação analógica – resolução de equações diferenciais
com circuitos analógicos
)
(
)
(
)
(
2
2
s
D
s
N
s
H
x
cy
dt
dy
b
dt
y
d
a =
→
=
+
+
oPA
o
o
oPA
o
i
oPA
i
oPA
o
o
V
s
s
V
s
Q
AV
V
V
V
s
Q
s
As
s
H
ω
ω
ω
ω
ω
−
−
=
⇔
=
+
+
=
1
)
(
2
2
2
s
o
ω
−
Σ
oPA
o
V
S
ω
− oPA
o
o
V
s
s
ω
ω
oPA
V
-1
Q
1
A
i
V
(Realização de Kelvin)
s
o
ω
−
Passa-Banda (VoP-B) Passa-Baixo (VoPB)
Passa-Alto (VoPA)
Electrónica 3 – 2005/06 34
Filtros activos 2ª ordem - variáveis de estado
n
+
-
R
C
+
-
aR
C
+
-
R/c
R
R
R
oPA
o
V
s
ω
−
oPA
o
o
V
s
s
ω
ω
oPA
V
VoPA
VoPBanda
VoPB
+
-
bR
R
=
=
=
=
=
−
=
=
=
=
+
+
=
+
+
=
+
+
=
b
ac
Q
a
c
RC
A
b
ac
Q
a
c
RC
b
A
b
ac
Q
a
c
RC
c
A
j
Q
j
j
A
j
H
j
Q
j
Q
j
A
j
H
j
Q
j
A
j
H
c
c
c
c
c
c
PA
c
c
c
PBd
c
c
PB
;
1
1
;
1
1
;
1
1
1
)
(
;
1
)
(
;
1
1
)
( 2
2
2
2
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
18.
18
Electrónica 3 –2005/06 35
Filtros activos 2ª ordem - variáveis de estado
n Kerwin-Huelsman-Newcomb
+
-
R
C
+
-
R
C
+
-
R1
Rf
R2
R3
−
=
+
=
=
Q
A
R
R
Q
R
Rf 1
2
;
1
2
1
;
1
2
3
1
oPA
o
V
s
ω
−
oPA
o
o
V
s
s
ω
ω
oPA
V
VoPA
VoPBanda
VoPB
RC
o
1
=
ω
(Ganho)
Electrónica 3 – 2005/06 36
Filtros activos 2ª ordem - variáveis de estado
n Filtro com “notch”
+
-
VoPA
VoP-Bd
VoPB Vo
RB
RL
RF
( ) ( ) ( )
L
H
o
n
o
o
o
L
F
o
B
F
H
F
i
o
R
R
s
Q
s
R
R
s
R
R
s
R
R
A
V
V
ω
ω
ω
ω
ω
ω
=
+
+
+
−
−
=
2
2
2
2
/
/
/
RH
19.
19
Electrónica 3 –2005/06 37
Filtros activos 2ª ordem - variáveis de estado
n Filtro Biquad Tow-Thomas (ou Filtro Ressonante)
+
-
R’
+
-
R
C
+
-
R
R2
R1
oPA
o
V
s
ω
−
oPA
V
VoP-B
VoPB
-VoPB
C
R’
R
R
Q
K
R
R
K
R
R
PBanda
PB
2
1
2
1
=
=
−
=
RC
o
1
=
ω
° Ajuste Ortogonal:
• Ajustar R para ωo
• Ajustar R2 para Q
• Ajusta R1 para o ganho do PA ou P-B
Electrónica 3 – 2005/06 38
Filtros activos 2ª ordem - variáveis de estado
n Filtro Biquad Tow-Thomas com “notch”
+
-
R’
+
-
R
C
+
-
R
R2
R1
oPA
o
V
s
ω
−
oPA
V
Vo
C
R’
R3 R4
2
2
3
4
'
1
1
2 1
)
(
o
o
o
o
s
Q
s
CR
R
R
CR
s
C
C
s
s
H
ω
ω
ω
ω
+
+
+
−
+
=
Vi
C1
-VoPB
20.
20
Electrónica 3 –2005/06 39
Filtros activos 2ª ordem - variáveis de estado
n Filtro Biquad Tow-Thomas:
q Todos os amplificadores em modo inversor:
§ Mais fácil compensar os offsets.
§ Não há limitações de modo comum (importante se
compensarmos o amplificador em “feedforward” => boa
largura de banda).
q Com cuidado conseguem-se Qs na ordem das centenas.
Electrónica 3 – 2005/06 40
Filtros activos 2ª ordem – um AmpOp
n Síntese de “biquads” recorrendo-se a um único amplificador
com realimentação.
n Usados quando Q<10
+
-
Q’
Q
I’2
I2
V2
V1
21
21
1
2
2
2
22
1
21
2
22
2
21
2
'
'
0
'
'
'
Y
Y
V
V
H
I
I
V
V
Y
V
Y
I
V
Y
V
Y
I
−
=
=
=
=
+
=
+
=
Seleccionando os quadripólos Q e Q’ é possível sintetizar uma função
de transferência
V
21.
21
Electrónica 3 –2005/06 41
Filtros activos 2ª ordem – um AmpOp
n Passa-baixo
q Q:
q Q’
1
1
1
0
2
1
2
21
2
1
1
1
1
1
RC
j
R
RC
j
R
R
RC
j
R
R
V
I
Y
V
ω
ω
ω
+
−
=
+
+
+
−
=
=
=
R R
C1
R
C2
R
C1
1 2
1
2
1
2
2
2
0
2
1
2
21
2
)
(
2
1
1
'
RC
j
C
C
R
j
RC
j
R
V
I
Y
V
ω
ω
ω
+
+
+
−
=
=
=
=
2
1
2
1
0
2
0
0
2
1
;
1
;
1
;
1
C
C
Q
C
C
R
A
j
Q
j
A
H =
=
−
=
+
+
= ω
ω
ω
ω
ω
V2
V1
Electrónica 3 – 2005/06 42
Filtros activos 2ª ordem – um AmpOp
n Passa-alto
q Q’
q Q
R1
R2
C
1 2
C
R1
C C 1
2
2
1
0
2
0
0
2
0
2
1
;
1
;
1
;
1
R
R
Q
R
R
C
A
j
Q
j
j
A
H
=
=
−
=
+
+
=
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
22.
22
Electrónica 3 –2005/06 43
Filtros activos 2ª ordem – um AmpOp
n Passa-banda
q Q’
q Q
( )
C
R
j
R
R
R
C
j
C
R
j
C
j
C
R
j
R
C
j
C
R
j
R
R
V
I
Y
V
1
2
2
1
2
2
1
1
1
1
1
2
0
2
1
2
21
2
1
)
(
2
1
1
1
1
1
'
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
+
+
+
−
=
+
+
+
−
−
=
=
=
R1
C
1 2
C
C 2R1
R2
( )
C
R
j
R
C
R
j
C
j
R
V
I
Y
V 1
2
2
1
0
2
1
2
21
2
1
1
2
1
ω
ω
ω
+
−
=
+
−
=
=
=
1
2
2
1
0
1
2
2
0
0
0
2
1
;
1
;
2
;
1
R
R
Q
R
R
C
R
R
A
j
jQ
jQ
A
H =
=
−
=
+
+
= ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
V2
V1
Electrónica 3 – 2005/06 44
Filtros activos 2ª ordem – um AmpOp
n Rejeita-banda
q Q
q Q’
R R
2C
1 2
V2
V1
C
C
R/2
R/2
C
1 2
C
2R
( )
( )
1
;
1
;
1
1
1
1
1
0
2
0
0
2
0
2
2
=
=
−
=
+
+
+
=
+
+
+
−
=
Q
RC
A
j
Q
j
j
A
RC
j
RC
j
RC
j
H
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
( )
( )
( )
( )
RC
j
R
RC
j
RC
j
Y
RC
j
R
RC
j
Y
ω
ω
ω
ω
ω
+
+
+
−
=
+
+
−
=
1
2
1
'
1
2
1
2
21
2
21
23.
23
Electrónica 3 –2005/06 45
Filtros activos 2ª ordem – um AmpOp
n
+
-
a b
Circuito
RC
• Síntese do circuito RC na malha de
realimentação por forma a realizar
um par de pólos complexos com ωo e Q
• Injectar o sinal de entrada num nó para
realizar os zeros.
)
(
)
(
)
(
)
(
s
D
s
AN
A
s
t
A
V
V
s
L
b
a
=
=
=
• Ganho da malha:
• Equação característica: 0
)
(
)
(
1
)
(
)
(
0
)
(
1 =
⇒
−
=
⇔
=
+
∞
→ s
D
s
N
A
s
D
s
N
s
L
A
• Os pólos do filtro são os zeros de t(s)
A
Electrónica 3 – 2005/06 46
Filtros activos 2ª ordem – um AmpOp
n Ponte em T
R2
C3
R1
C4
a b
....
1
1
1
1
)
( 2
1
4
3
4
2
1
2
R
R
C
C
C
R
R
s
s
V
V
s
t
b
a
+
+
+
=
=
R4
R3
C2
a b
....
1
1
1
1
)
( 4
3
2
1
3
2
1
2
R
R
C
C
R
C
C
s
s
V
V
s
t
b
a
+
+
+
=
=
C1
24.
24
Electrónica 3 –2005/06 47
Filtros activos 2ª ordem – um AmpOp
n Passa-baixo
+
-
C
a b
C
vo(t)
vi(t)
R4
0
1
1
2
4
3
2
3
2
=
+
+
R
R
C
R
C
s
s
• Equação característica
2
2
2
2
o
o
o
i
o
Q
s
s
Q
s
Q
V
V
ω
ω
ω
+
+
−
=
Ganho pode ser elevado
4
3
4
3
1
2
1
R
R
C
R
R
Q
o =
=
ω
R3
Electrónica 3 – 2005/06 48
Filtros activos 2ª ordem – um AmpOp
n Filtro Passa-Banda com atenuação.
+
-
R4
R3
C2
a b
C1
vo(t)
vi(t)
R5
• Com R5//R4=R’4:
Equação característica
2
2
2
4
5
4
2
o
o
o
i
o
w
Q
w
s
s
Q
w
s
Q
R
R
R
V
V
+
+
×
+
−
=
0
'
1
1
2
4
3
2
3
2
=
+
+
R
R
C
R
C
s
s
Ganho atenuado
( )
( )
5
4
3
5
4
3
//
1
//
2
1
R
R
R
C
w
R
R
R
Q
o
=
=