20
1 1 FILTROS RC-ATIVOS Generalidades Filtros RC-ativos são constituídos de Amp-Op’s, resistores e capacitores + - São de fácil projeto Servem de fundamento para outras técnicas mais adequadas para integração 2 2 A técnica de realização de filtros RC-ativos pressupõe que os únicos componentes a serem utilizados são resistores capacitores e amplificadores operacionais. Os coeficientes da função de transferência são funções das constantes RC do circuito. O projeto do filtro (cálculo dos componentes necessários) é relativamente simples, por comparação da função de transfererência do circuito e aquela obtida por aproximação. Nestes cálculos os Amp-Op’s são supostos ideais. Embora estes filtros não sejam adequados para integração em “chips”, uma vez que resistores requerem uma grande área de silício para sua construção, os princípios desta técnica servem de base e de inspiração para outras técnicas totalmente integráveis. Realização de filtros RC-ativos Cascata de biquad’s e redes bilineares A função de transferência é fatorada em seções de 2 a e 1 a ordem que são sintetizadas individualmente Os indutores de uma rede passiva “ladder” LC são substituídos por redes com Amp-Op’s, resistores e capacitores Simulação de redes passivas “ladder” LC

Filtros RC Ativos2

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Filtros RC Ativos - Continuação

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  • 11

    FILTROS RC-ATIVOS

    Generalidades

    Filtros RC-ativos so constitudos de Amp-Ops, resistores e capacitores

    +-

    So de fcil projeto

    Servem de fundamento para outras tcnicas mais adequadas para integrao

    22

    A tcnica de realizao de filtros RC-ativos pressupe que os

    nicos componentes a serem utilizados so resistores

    capacitores e amplificadores operacionais. Os coeficientes da

    funo de transferncia so funes das constantes RC do

    circuito.

    O projeto do filtro (clculo dos componentes necessrios)

    relativamente simples, por comparao da funo de

    transfererncia do circuito e aquela obtida por aproximao.

    Nestes clculos os Amp-Ops so supostos ideais.

    Embora estes filtros no sejam adequados para integrao em

    chips, uma vez que resistores requerem uma grande rea de

    silcio para sua construo, os princpios desta tcnica servem

    de base e de inspirao para outras tcnicas totalmente

    integrveis.

    Realizao de filtros RC-ativos

    Cascata de biquads e redes bilineares

    A funo de transferncia fatorada em sees de 2a e 1a ordem que so sintetizadas individualmente

    Os indutores de uma rede passiva ladder LC so substitudos por redes com Amp-Ops, resistores e capacitores

    Simulao de redes passivas ladder LC

  • 33

    Os mtodos mais conhecidos para a realizao de filtros RC-ativos so:

    (i) Cascata de biquads: neste caso a funo de transferncia fatorada em sees de 2a ordem e eventualmente de 1a ordem (quando a ordem global mpar) e cada seo sintetizada individualmente; a simplicidade do projeto e o grau de modularidade so grandes, mas em compensao a sensibilidade em relao a variaes dos componentes significativa.

    (ii) Simulao de redes passivas ladder LC: neste caso, uma a rede passiva deve ser sintetizada previamente e, ento, aplicado algum mtodo que permita suprimir os indutores, utilizando em seu lugar redes com Amp-Ops, resistores e capacitores; o projeto mais complexo, mas a baixa sensibilidade em relao s variaes dos componentes das redes passivas ladder LC duplamente terminadas parcialmente mantida.

    Cascata de biquads e redes bilineares

    012

    21n

    1nn

    n

    012

    21m

    1mm

    m

    bsbsb...sbsb

    asasa...sasa)s(T

    ++++++++++++++++++++

    ++++++++++++++++++++====

    (((( ))))(((( )))) (((( ))))(((( ))))(((( )))) (((( ))))p0212201112

    z02122

    01112

    s...bsbsbsbs

    s...asasasasK)s(T

    ++++++++++++++++

    ++++++++++++++++====

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))

    ====

    ====

    ====

    ====

    ++++++++

    ++++++++

    ====j

    1i

    pi

    2jn

    1i

    i0i12

    k

    1i

    zi

    2km

    1i

    i0i12

    sasas

    sasas

    K)s(T

    44

    No mtodo de cascata de biquads e redes bilineares, pares de plos e zeros so agrupados formando funes de transferncia do segundo grau. Apesar do nome biquad(contrao de biquadrtico), as redes assim designadas contm obrigatoriamente dois plos finitos, mas no necessariamente dois zeros finitos (podendo ser de qualquer tipo de seletividade). Quanto s funes bilineares, em geral so utilizadas apenas quando a ordem da funo de transferncia global mpar.

    SABs Single Amplifiers Biquads

    SAB = realizao de um biquad utilizando um nico Amp-Op realimentado por uma rede RC de segunda ordem

    Quanto ao tipo de realimentao:

    SAB NFT

    SAB PFT

  • 55

    Um biquad pode ser realizado atravs de uma rede contendo um nico Amp-Oprealimentado por uma rede RC de segunda ordem. Esta realimentao pode ser atravs do terminal inversor (topologia com realimentao negativa, ou NFT) ou atravs do terminal no inversor do Amp-Op (topologia com realimentao positiva, ou PFT) .

    SAB NFT Negative Feedback Topology

    A sada da rede RC de 2a ordem conectada ao terminal inversor do Amp-Op

    -+

    Rede RCde 2a ordem

    a

    b

    c

    +

    Vi

    -

    +

    Vo

    -

    66

    SAB NFT Negative Feedback Topology

    -+

    Rede RCde 2a ordem

    a

    b

    c

    +

    Vi

    -

    +

    Vo

    -

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))sHsV

    sVfb

    0iVo

    a ========

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))sHsV

    sVff

    0oVi

    a ========

    (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))sVsHsVsHsV ofbiffa ++++====

    No SAB NFT, uma vez que a rede RC linear, o sinal na entrada inversora do Amp-Op a combinao das duas entradas desta rede (Vi e Vo) multiplicadas por diferentes ganhos.

    Hff(s) a funo de transferncia direta e Hfb(s) a funo de transferncia em realimentao.

  • 77

    SAB NFT Negative Feedback Topology

    -+

    Rede RCde 2a ordem

    a

    b

    c

    +

    Vi

    -

    +

    Vo

    -

    (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))sVsHsVsHsV ofbiffa ++++====

    (((( )))) (((( )))) (((( )))) 0VVsVa ============ ++++(((( ))))(((( ))))

    (((( ))))(((( ))))sHsH

    sV

    sV

    fb

    ff

    i

    o ====

    Aplicando-se o princpio do curto-circuito virtual entre as entradas do Amp-Opoperando num regime linear, chega-se funo de transferncia global Vo(s)/Vi(s), que a simtrica da razo entre a funode transferncia direta e a funo de transferncia em realimentao.

    88

    SAB NFT Negative Feedback Topology

    b

    Rede RCde 2a ordem

    a

    c

    (((( )))) (((( ))))(((( ))))(((( ))))(((( ))))sNsN

    sV

    sVsT

    fb

    ff

    i

    o ========

    Mesma rede morta: plos iguais

    (((( )))) (((( ))))(((( ))))sDsN

    sHff

    ffff ==== (((( ))))

    (((( ))))(((( ))))sDsN

    sHfb

    fbfb ====

    (((( )))) (((( ))))sDsD fbff ====

    T(s) tem o mesmo tipo de seletividade que Hff(s)

    Hff(s) e Hfb(s) so relativas a redes que tm a mesma rede morta (rede obtida ao se eliminar a excitao). Disto decorre que possuem os mesmos plos (modos naturais), que no dependem de onde e como aplicada a excitao. Assim, T(s) a simtrica da razo entre os numeradores de Hff(s) e Hfb(s). Como os zeros de T(s) so os zeros de Hff(s), ento as duas funes tm seletividade do mesmo tipo.

    Para reconhecer a seletividade de um SAB, basta observar a seletividade da rede RC configurada para a determinao de Hff(s).

  • 99

    SAB PFT Positive Feedback Topology

    A sada da rede RC de 2a ordem conectada ao terminal no inversor do Amp-Op, que tem uma realimentao do tipo seguidor

    +-

    Rede RCde 2a ordem

    A

    C

    B

    +

    Vi

    -

    Vo

    No SAB PFT, como a realimentao proporcionada pela rede RC de 2a ordem positiva, uma realimentao negativa requerida para que o sistema permanea estvel. Originalmente utilizada uma realimentao do tipo seguidor (sada diretamente conectada entrada inversora).

    1010

    SAB PFT Positive Feedback Topology

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))sHsV

    sVFB

    0iVo

    A ========

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))sHsV

    sVFF

    0oVi

    A ========

    (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))sVsHsVsHsV oFBiFFA ++++====

    +-

    Rede RCde 2a ordem

    A

    C

    B

    +

    Vi

    -

    Vo

    Como no SAB NFT, tambm no PFT, uma vez que a rede RC linear, o sinal na entrada inversora do Amp-Op a combinao das duas entradas desta rede (Vi e Vo) multiplicadas por diferentes ganhos.

    HFF(s) a funo de transferncia direta e HFB(s) a funo de transferncia em realimentao. (So usados ndices em letras maisculas para diferenciar do SAB NFT).

  • 1111

    SAB PFT Positive Feedback Topology

    +-

    Rede RCde 2a ordem

    A

    C

    B

    +

    Vi

    -

    Vo

    (((( )))) (((( ))))sVsV oA ====(((( ))))(((( ))))

    (((( ))))(((( ))))sH1sH

    sV

    sV

    FB

    FF

    i

    o

    ====

    (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))sVsHsVsHsV oFBiFFA ++++====

    Neste caso, ao se aplicar o princpio do curto-circuito virtual, vlido para o Amp-Opideal, a tenso de sada da rede RC no nula, mas igual tenso de sada do Amp-Op: VA = V(+) = V(-) = Vo.

    1212

    SAB PFT Positive Feedback Topology

    C

    Rede RCde 2a ordem

    A

    B

    (((( )))) (((( ))))(((( ))))(((( ))))

    (((( )))) (((( ))))sNsDsN

    sV

    sVsT

    FBFB

    FF

    i

    o

    ========

    Mesma rede morta: plos iguais

    (((( )))) (((( ))))(((( ))))sDsN

    sHFF

    FFFF ==== (((( ))))

    (((( ))))(((( ))))sDsN

    sHFB

    FBFB ====

    (((( )))) (((( ))))sDsD FBFF ====

    T(s) tem o mesmo tipo de seletividade que HFF(s)

    Mais uma vez, as redes mortas correspondentes s funes HFF(s) e HFB(s) so iguais, o que implica que os plos destas duas funes so os mesmos. Assim, os zeros de T(s) coincidem com os zeros da rede RC configurada para a determinao de HFF(s), o que significa que T(s) e HFF(s) tm o mesmo tipo de seletividade.

  • 1313

    SABs NFT e PFT realizam os mesmos plos se suas redes RC forem complementares:

    Complementarismo entre redes:

    (((( )))) (((( ))))sH1sH fbFB ====

    Redelinear

    V1 V2

    Redelinear

    V1

    V2

    (((( )))) (((( )))) (((( ))))sVsHsV 12 ====(((( ))))(((( ))))

    (((( ))))sHsV

    sV

    1

    2 ====

    (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))[[[[ ]]]]sV0sHsVsV 112 ====

    (((( )))) (((( ))))[[[[ ]]]] (((( ))))sVsH1sV 12 ==== (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))sH1sV

    sV

    1

    2 ====

    Os zeros e, portanto, a seletividade da funo de 2a ordem a ser realizada, dependem de como a excitao aplicada rede RC. Porm os plos so caractersticas da rede RC morta. Os SABs NFT e PFT podem realizar os mesmos plos se as redes RC utilizadas so complementares entre si, caso em que: HFB(s) = 1 Hfb(s).

    Duas redes so complementares se uma obtida da outra pela permuta entre os terminais que esto conectados s fontes de excitao e os que esto aterrados.

    1414

    Duas redes so complementares se uma obtida da outra pelo intercmbio entre terminais conectados fonte de excitao e terra

    Permutando-se os terminais da rede de 2a ordem conectados sada do Amp-Op e ao terra, obtm-se um SAB PFT que realiza os mesmos plos que um SAB NFT

    +-

    Rede RC A

    C

    B

    +

    Vi

    -

    Vo

    -+

    Rede RCa

    b

    c

    +

    Vi

    -

    Vo

    Assim, podemos utilizar a mesma rede RC para gerar SABs NFT e PFT que realizam os mesmos plos, simplesmente permutando-se os terminais b (entrada na configurao que determina a funo de transferncia em realimentao) e c (terra).

  • 1515

    Variante de SAB PFT

    +-

    Rede RCde 2a ordem

    A

    C

    B

    +

    Vi

    -

    Vo

    RB = RA (k 1)RA

    A

    B

    R

    R1k ++++====

    (((( )))) (((( )))) (((( ))))k

    sV

    RR

    sVRsV o

    BA

    oAA ====++++

    ====

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))(((( )))) (((( ))))skNsD

    skN

    skH1

    skH

    sV

    sV

    FBFB

    FF

    FB

    FF

    i

    o

    ====

    ====

    (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))sVsHsVsHsV oFBiFFA ++++====

    A realimentao negativa do tipo seguidor utilizada no SAB PFT bastante forte. Ela pode ser enfraquecida em relao realimentao positiva pela rede RC, o que levar os plos para uma posio mais prxima do eixo imaginrio. Como conseqncia, sero aumentados o fator de qualidade dos plos e o ganho na banda de passagem.

    Para enfraquecer a realimentao negativa, utiliza-se um divisor resistivo, de modo que a tenso na entrada inversora apenas uma frao da tenso de sada.

    1616

    Variante de SAB PFT

    +-

    Rede RCde 2a ordem

    A

    C

    B

    +

    Vi

    -

    Vo

    RB = RA (k 1)RA

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))(((( )))) (((( ))))skNsD

    skN

    sV

    sV

    FBFB

    FF

    i

    o

    ====

    Plos com fator de qualidade mais altos

    Ganho maior que 1 na banda de passagem

    Deve-se ter cuidado ao dimensionar o parmetro k para no deslocar demasiadamente os plos, levando-os ao semiplano lateral direito, o que conduziria o sistema a um comportamento instvel. O filtro se transformaria num oscilador.

  • 1717

    I) Famlia Sallen-&-Key (SABs PFT)

    Exemplos de SABs

    +-

    +-

    R1 R2

    C2

    C1

    R4 = R3 (k 1)R3

    vi

    vo

    Passa-Baixas de Sallen-&-Key

    Deve-se ter cuidado ao dimensionar o parmetro k para no deslocar demasiadamente os plos, levando-os ao semiplano lateral direito, o que conduziria o sistema a um comportamento instvel. O filtro se transformaria num oscilador.

    1818

    Passa-Baixas de Sallen-&-Key

    +-

    R1 R2

    C2C1vi

    va

    Rede para determinao de HFF(s):

    mesma seletividade de T(s)

    0 capacitores em circuito aberto

    Va(0) = Vi(0)

    capacitores em curto circuito

    Va 0

    O comportamento assinttico da rede RC utilizada d uma indicao de sua seletividade, que corresponde tambm seletividade do SAB, como j constatado na teoria. Isto vale para qualquer SAB.

  • 1919

    Passa-Baixas de Sallen-&-Key

    +-

    +-

    R1 R2

    C2

    C1

    R4 = R3 (k 1)R3

    vi

    vo

    (((( )))) (((( ))))

    2121221211

    2

    2121

    CCRR

    1

    CR

    k1

    CR

    1

    CR

    1ss

    CCRRksT

    ++++

    ++++++++++++

    ====

    Passa-Baixas de Sallen-&-Key

    +-

    +-

    R1 R2

    C2

    C1

    R4 = R3 (k 1)R3

    vi

    vo

    (((( )))) (((( ))))

    (((( ))))2

    1Qpara

    Q4

    11

    kQjT

    2

    1Qparak0TjT

    2

    mx

    mx

    >>>>

    ====

  • 2121

    Passa-Altas de Sallen-&-Key

    +-

    +-

    C1 C2

    R2

    R1

    R4 = R3 (k 1)R3

    vi

    vo

    Passa-Altas de Sallen-&-Key

    Rede para determinao de HFF(s):

    mesma seletividade de T(s)

    0 capacitores em circuito aberto

    Va Vi capacitores em curto circuito

    Va (0) = 0

    va

    +-

    C1 C2

    R2R1vi

    2222

    (((( ))))

    2121112212

    2

    2

    CCRR

    1

    CR

    k1

    CR

    1

    CR

    1ss

    kssT

    ++++

    ++++++++++++

    ====

    +-

    +-

    R1 R2

    C2

    C1

    R4 = R3 (k 1)R3

    vi

    vo

    Passa-Altas de Sallen-&-Key

    Passa-Faixa de Sallen-&-Key

    +-

    +- C1

    C2

    R3

    R2

    R5 = R4 (k 1)R4

    vi

    vo

    R1

  • 2323

    Passa-Faixa de Sallen-&-Key

    +- C1

    C2

    R3R2vi

    va

    R1

    Rede para determinao de HFF(s):

    mesma seletividade de T(s)

    0 C2 em circuito aberto

    Va(0) 0 C1 em curto circuito

    Va (0)= 0

    Passa-Faixa de Sallen-&-Key

    +-

    +- C1

    C2

    R3

    R2

    R5 = R4 (k 1)R4

    vi

    vo

    R1

    (((( )))) (((( ))))

    (((( )))) 21321121323112

    11

    CCRR//R

    1

    CR

    k1

    CR

    1

    CR

    1

    CR

    1ss

    CRsksT

    ++++

    ++++++++++++++++

    ====

    2424

    Passa-Faixa de Sallen-&-Key

    (((( )))) (((( ))))

    (((( )))) 21321121323112

    11

    CCRR//R

    1

    CR

    k1

    CR

    1

    CR

    1

    CR

    1ss

    CRsksT

    ++++

    ++++++++++++++++

    ====

    (((( )))) (((( ))))

    ++++++++++++

    ====

    12132311

    11mx

    CR

    k1

    CR

    1

    CR

    1

    CR

    1

    CRkjT

    (((( )))) 213210 CCRR//R

    1====

    12132311

    03 CR

    k1

    CR

    1

    CR

    1

    CR

    1

    QdB

    ++++++++++++====

    ====largura de faixa no corte em 3 dB

    fcil demonstrar que na forma cannica de um passa-faixa qualquer de 2a ordem o ganho no meio da banda igual ao quociente do termo em s no numerador pelo termo em s no denominador.

    fcil demonstrar tambm que o termo em s no denominador corresponde largura de faixa no corte em 3 dB, ou seja, a diferena entre as duas freqncias de corte em 3 dB.

  • 2525

    II) Passa-Faixa Bridged T (SAB NFT)

    -++

    -

    R1

    R2

    C2

    C1

    vi

    vo

    O passa-faixa bridged T um SAB NFT tradicional.

    Passa-Faixa Bridged T

    +- C1

    C2

    R2vi

    va

    R1

    Rede para determinao de HFF(s):

    mesma seletividade de T(s)

    0 C2 em circuito aberto

    Va(0) 0 C1 em curto circuito

    Va (0)= 0

    2626

    -++

    -

    R1

    R2

    C2

    C1

    vi

    vo

    (((( )))) (((( ))))

    2121212

    2

    11

    CCRR

    1

    C

    1

    C

    1

    R

    1ss

    CRssT

    ++++

    ++++++++

    ====

    Passa-Faixa Bridged T

    -++

    -

    R1

    R2

    C2

    C1

    vi

    vo

    2112

    12

    CCCC

    RRQ

    ++++====

    Passa-Faixa Bridged T

    21210 CCRR

    1====

    (((( ))))21

    2

    1

    2mx CC

    C

    R

    RjT

    ++++====

    ++++====

    1

    2

    22dB3 C

    C1

    CR

    1

    Q alto grande disperso das resistncias

  • 2727

    Pode-se perceber que para aumentar o fator de qualidade dos plos do SAB passa-faixa bridged T necessrio tornar R2 muito maior que R1, ou seja introduzir uma grande disperso nos valores das resistncias. Isto favorece um aumento da sensibilidade do circuito em relao a variaes dos parmetros fsicos, o que indesejvel.

    III) Passa-Faixa de Delyiannis (SAB NFT com realimentao positiva)

    -++

    -

    R1

    R2

    C2

    C1

    vi

    vo

    R4 = R3 (k 1)R3

    2828

    O passa-faixa de Delyiannis uma verso melhorada do SAB passa-faixa bridgedT. acrescentado uma realimentao positiva atravs de um divisor resistivo.

    Passa-Faixa de Delyiannis

    Realimentao positiva maior fator de qualidade

    -++

    -vi

    vo

    RB = RA (k 1)RA

    Rede RC

    va k

    VV

    RR

    RV 00

    AB

    Aa ====++++====

    (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))sHsVsVsHk

    sVfb0iff

    0 ++++====(((( ))))(((( ))))

    (((( ))))(((( ))))skH1skH

    sV

    sV

    fb

    ff

    i

    0

    ====

  • 2929

    Esta realimentao positiva contribui para aumentar o fator de qualidade dos plos, sem que seja necessrio o aumento da disperso entre os valores resistivos da rede RC.

    A expresso da funo de transferncia do filtro fica muito semelhante ao da variante de SAB PFT (com realimentao negativa mais fraca que a do seguidor).

    Passa-Faixa de Delyiannis

    (((( )))) (((( ))))

    (((( )))) 21211112222

    11

    CCRR

    1

    CR1k

    1

    CR

    1

    CR

    1ss

    CRs

    1k

    ksT

    ++++

    ++++++++

    ====

    1

    2

    1

    2

    1

    2

    2

    1

    12

    R

    R

    C

    C

    1k

    1

    C

    C

    C

    C

    RRQ

    ++++

    ====

    k > 1 Q Delyiannis > Q Bridged T

    3030

    Pode-se perceber que o o aumento de k, que j superior unidade, leva reduo do mdulo da parte real dos plos, que ento se aproximam mais do eixo jw.

    Note-se tambm que o fator de qualidade pode ser variado sem afetar a freqncia de ressonncia dos plos.

    Biquads com Mltiplos Amp-Ops

    Maior facilidade de projeto e ajuste de parmetros

    Menor sensibilidade das caractersticas em relao aos parmetros fsicos

    Maior nmero de Amp-Ops: maior rea e maior consumo de potncia

  • 3131

    Alternativamente ao uso dos SABs, a cascata de biquads pode ser implementada utilizando-se biquads realizados com mltiplos Amp-Ops.

    Este tipo de realizao requer mais componentes, portanto o circuito resulta maior. Em compensao h uma maior flexibilidade no dimensionamento dos componentes, tornando o circuito mais fcil de ser projetado, e uma menor sensibilidade das caractersticas de desempenho do filtro em relao a parmetros fsicos, como os valores dos componentes.

    K

    +

    s0

    Blocos de ganho com ou seminverso

    Somadores

    Integradores

    So constitudos de:

    3232

    Os biquads com mltiplos Amp-Ops so constitudos de:

    (i) blocos integradores, responsveis pela dependncia da funo de transferncia em relao freqncia, que portanto devem ser em nmero igual a dois;

    (ii) blocos de ganho, com ou sem inverso, que permitem ajustar os coeficientes;

    (iii) blocos somadores; na prtica, um bloco somador-subtrator ponderado mais eficaz.

    I) Biquad K-H-N (Kerwin-Huelsman-Newcomb)

    KHNDiagrama de blocos:

    s0+K0

    1/Q

    VPB

    Vi

    s0

    -1

    VPFVPA

  • 3333

    Existem tambm vrias arquiteturas de biquads com mltiplos Amp-Ops disponveis na literatura.

    Uma das mais populares a K-H-N, onde dois integradores so cascateados e suas sadas so realimentadas para a entrada de um somador, por sua vez conectado entrada do primeiro integrador, a fim de gerar os plos.

    As sadas podem ser das trs seletividades bsicas (passa-altas, passa-faixa e passa-baixas) na forma cannica de 2a ordem, sendo que cada uma delas tomada num ponto diferente do circuito

    PBPF0

    ioPA VVsVKV

    ++++====

    PA0

    PF VsV

    ==== i2

    002

    2o

    PA Vs

    Qs

    sKV

    ++++

    ++++====

    PA

    20

    PF0

    PB VsV

    sV

    ====

    ====

    KHN

    s0+K0

    1/Q

    VPB

    Vi

    s0

    -1

    VPFVPA

    3434

    PBPF0

    ioPA VVsVKV

    ++++====

    PA0

    PF VsV

    ==== i2

    002

    2o

    PA Vs

    Qs

    sKV

    ++++

    ++++====

    PA

    20

    PF0

    PB VsV

    sV

    ====

    ====

    i20

    02

    0oPF V

    sQ

    s

    sKV

    ++++

    ++++

    ====

    i20

    02

    20o

    PB Vs

    Qs

    KV

    ++++

    ++++

    ====

    Diagrama de blocos: KHN

    s0+

    KPA

    K0

    1/Q

    VPB

    Vi

    s0

    -1

    KPF

    VPFVPA Vo

    KPB +

    Biquad K-H-N geral

  • 3535

    Para ter um numerador geral, combinaes das trs sadas podem ser efetuadas atravs de um somador ponderado na sada do biquad.

    Dependendo da forma desejada para o numerador podem-se somar as trs ou apenas duas das sadas. Por exemplo, para obter um rejeita-faixa na forma cannica, devem ser somadas as sadas passa-altas (numerador proporcional a s^2) e passa-baixas (numerador constante).

    Implementao

    -+

    RF

    VX

    R1

    R2

    R3

    V1

    V2

    V3

    Diagrama de blocos:

    V1

    -K2

    VX-K1 +

    V2

    V3-K3

    Ki > 0

    Circuito:

    ++++++++==== 3

    F2

    2

    F1

    1

    Fx V3R

    RV

    R

    RV

    R

    RV

    SOMADOR INVERSOR PONDERADO

    3636

    Os blocos para realizao de soma e subtrao ponderadas, assim como para realizao da integrao, so blocos tradicionais com Amp-Ops.

    Implementao

    -+

    RF

    VX

    R1

    R2

    R3

    V1

    V2

    V3

    Diagrama de blocos:

    V1

    K3

    VX-K2 +V2

    V3

    K4

    Ki > 0

    Circuito:

    22

    F1

    1

    F4

    4

    33

    4

    4

    21

    Fx VR

    RV

    R

    RV

    R3R

    RV

    R3R

    R

    R//R

    R1V

    ++++

    ++++++++

    ++++====

    SOMADOR-SUBTRATOR PONDERADO

    -K1

    V4V4

    R4

  • 3737

    s0VY VZ

    Implementao

    Circuito:

    INTEGRADOR INVERSOR

    Diagrama de blocos:

    YZ VsRC

    1V ====

    C

    VY -+ VZ

    R

    Implementao CIRCUITO COMPLETO

    (((( ))))(((( ))))

    (((( ))))211F

    1

    1F

    32

    22

    2

    PB

    PA

    PF

    PA2

    PA

    2F

    1

    1F

    32

    3

    I

    O

    RCR

    Rs

    R

    R1

    RR

    R

    RC

    1s

    RC

    1

    R

    Rs

    RC

    1

    R

    Rs

    R

    R

    R

    R1

    RR

    R

    sV

    sV

    ++++

    ++++

    ++++++++

    ++++

    ++++

    ++++

    ====

    0

    8 10

    0

    1

    6

    5

    7

    2

    3

    9

    11

    R2

    R3

    RF2

    R1C

    C

    RR

    VPAVPF VPB

    VIN

    RPA

    RPF

    RPB

    VO

    RF1

    3838

    Finalmente, o circuito completo requer 4 Amp-Ops: dois para os integradores e dois para os somadores na entrada e na sada.

    Se se desejar apenas um biquad passa-baixas, passa-altas ou passa-faixa, o ltimo somador pode ser dispensado.

    0

    8

    0 3

    7

    9

    1

    10

    11

    2

    6

    0R2

    R3

    RF2

    R1

    C C

    R4R

    VPF-VPB

    VIN

    RPA

    RPF

    RPBVO

    R4

    VPB

    II) Biquad de Tow-Thomas

    (((( ))))(((( ))))

    213

    2

    22PB

    PA

    12PF

    PA

    3

    2

    PA

    2F

    I

    O

    RCR

    1s

    CR

    1s

    C

    1

    RR

    1

    R

    R

    RR

    1

    C

    s

    R

    1

    R

    R

    R

    1s

    R

    R

    sV

    sV

    ++++++++

    ++++

    ++++

    ====

  • 3939

    O biquad de Tow-Thomas segue uma filosofia semelhante ao biquad de K-H-N, porm ele realiza o somatrio na entrada de um dos integradores. Isto deveria poupar um Amp-Op caso no fosse requerido um amplificador inversor na sada do segundo integrador para realiment-la corretamente, a fim de que os sinais dos coeficientes no denominador fiquem iguais.

    A disponibilidade das sadas simtricas Vpb e Vpbpermite uma maior flexibilidade na gerao do numerador.

    Note-se que o termo em s^2 do numerador obtido pela adio do sinal de entrada no ltimo somador, uma vez que o biquad de Tow-Thomas no apresenta sada passa-altas individual.

    II) Biquad com Feed-Forward

    0

    6

    0

    2

    7 8

    0

    1

    3

    4

    R2

    R

    R1

    CC

    R5

    VIN

    RS3

    VOR4

    RS2

    RS1

    (((( ))))(((( ))))

    214

    5

    2

    2

    23S14

    2S

    41S

    2S

    2

    2

    2S

    5

    I

    O

    RCRR

    Rs

    CR

    1s

    CRRR

    R

    C

    s

    RR

    R

    R

    1s

    R

    R

    sV

    sV

    ++++++++

    ++++

    ++++

    ====

    4040

    No biquad com feed-forward o sinal de entrada somado na entrada dos dois integradores e de um somador intermedirio.

    No muito verstil pois s disponibiliza uma sada (geral), porm s utiliza trs Amp-Ops.

    Referncias

    Van Valkengurg, Analog Filter Design, Oxford, New York

    Sedra, Adel & Smith, Kenneth, MicroelectronicCircuits, Oxford University Press, New York

    Noceti-Filho, Sidnei, Filtros Seletores de Sinais,Editora da UFSC, Florianpolis, 2003.

    Daryanani, Gobind, Principles of Active Network Synthesis and Design, John Wiley & Sons, New York.