Capacitor de filtro: 23 fatos importantes que você deve saber

Conteúdo:

O que é um capacitor de filtro?

A impedância do capacitor pode ser definida em função da frequência, pois o capacitor é um elemento reativo, podendo ser utilizado como filtro eletrônico analógico.

Um capacitor de filtro é um filtro passivo que consiste no elemento passivo. Os efeitos do capacitor de qualquer sinal dependem da frequência. Esta característica do capacitor é usada para projetar filtros que podem filtrar uma faixa de frequência específica de sinais, conforme necessário.

Imagem do capacitor do filtro

capacitores
Crédito de imagem: “Capacitores” by Oskay está licenciado sob CC BY 2.0

Funcionamento do capacitor de filtro

O capacitor é um elemento de circuito reativo; sua impedância e resistência irão variar com a frequência do sinal que passa por ele.

O funcionamento do capacitor-filtro é baseado no princípio fundamental da reatância capacitiva. O valor da reatância capacitiva muda com a frequência aplicada ao capacitor, pois o capacitor de sinal de frequência mais baixa oferece uma resistência mais alta e o capacitor de sinal de frequência mais alta oferece baixa resistência. O capacitor está sempre tentando manter a capacitância do capacitor, então o capacitor tentará resistir ao pequeno fluxo de corrente no circuito cria impedância do capacitor.

Substituição do capacitor do filtro

O capacitor de filtro pode ser substituído por Capacitor Ativo, circuito de filtro de indutor, circuitos FET, etc.

Tipos de capacitor de filtro

O capacitor de filtro pode ser classificado como os seguintes tipos básicos:

  • Filtro-capacitor Low Pass
  • Filtro-capacitor passa-alta
  • Filtro-capacitor passa-banda
  • Filtro-capacitor Bandstop / Rejeição de banda

Fórmula do capacitor de filtro

Como vimos, existe uma relação entre a reatância capacitiva do capacitor (Xc) com a freqüência e capacitância do sinal de entrada do capacitor.

Xc=1/ (2πfC)

Assim, a reatância capacitiva (Xc) do capacitor de filtro é inversamente proporcional à frequência (f) do sinal. 

Circuito de capacitor de filtro

o condensador de filtro
Fig. Um circuito básico de filtro-capacitor.

Aplicações de capacitor de filtro

O filtro-capacitor é usado em várias aplicações, como:

  • Bloqueie o componente DC ou AC do sinal.
  • Ignore a parte DC ou AC do sinal.
  • Aplicações de filtros de alta tensão.
  • Para limitar a banda de frequência.
  • Para remover ruídos indesejados do circuito.
  • Para remover a interferência nos circuitos.
  • É usado para remover o ruído do rádio.

Circuito do capacitor do filtro para bloquear DC e passar AC

Quando um capacitor é conectado a uma série com a fonte CC em um estado completamente descarregado, a corrente fluirá até que o capacitor esteja totalmente carregado. Nesse estágio, a tensão do capacitor é igual à tensão aplicada e, nesse ponto, o capacitor está saturado, agora nenhuma corrente pode fluir por ele, então o capacitor se comportará como um circuito aberto. Como sabemos, DC geralmente e é um valor constante, ou seja, tem frequência de 0Hz. Como o capacitor oferece alta resistência para baixa frequência, quando o capacitor é conectado em série com a fonte DC, ele bloqueará todos os componentes DC do sinal e deixará AC passar por ele.

Cálculo do capacitor do filtro DC

Como sabemos, o sinal DC geralmente é um valor constante, ou seja, tem frequência de 0 Hz.

Atual Xc=1/ (2πcf) como f = 0

Xc=

Assim, para a entrada DC, o capacitor fornece resistência infinita, então I = V/Xc

 Quanto ao valor de Xc= , o valor de I = 0.

Capacitor de filtro no retificador

A saída do retificador é pulsante por natureza, o que o torna adequado para alimentação CC no circuito eletrônico, de modo que o capacitor é conectado à carga. O filtro-capacitor ajuda a reduzir o comportamento pulsante da saída do retificador.

  Em um circuito de meio retificador, um diodo ideal na fonte de tensão é uma fonte CA com um sinal senoidal na metade positiva do sinal. O diodo está em polarização direta, então o diodo está polarizado diretamente, e o capacitor foi carregado. Na metade negativa do sinal, o diodo está em polarização reversa, então não há fluxo de corrente através do diodo, e o capacitor carregado descarregará através do resistor de carga, é assim que o capacitor de filtro reduz a natureza pulsante da saída do retificador.

Para evitar que a tensão de saída reduza muito durante a descarga do capacitor, selecione um capacitor com um valor de forma que a constante de tempo seja muito maior do que o intervalo de descarga. O filtro-capacitor é conectado em paralelo com a carga, portanto, este circuito de filtro também é conhecido como um filtro capacitor shunt. Um capacitor é de maior valor conectado através da impedância de carga.

Capacitor de filtro para retificador de ponte

Um retificador de ponte converte AC em DC usando quatro diodos iguais ao retificador de meia ponte. A saída é pulsante por natureza, então um capacitor é conectado à carga para fazer uma forma DC mais pura. O funcionamento é igual ao do circuito do filtro do meio retificador. A principal vantagem de um retificador de ponte de onda completa é que sua saída tem um comportamento menos pulsante do que a do retificador de meia onda, de modo que o tamanho do capacitor no circuito do filtro de ponte pode ser menor do que o do capacitor de filtro de meia onda.

Cálculo do valor do capacitor do filtro

Como calcular o valor do capacitor do filtro na fonte de alimentação?

A relação entre a capacitância do capacitor (C) com a mudança (Q) e a tensão (V) através do capacitor é definida como C = QV

A relação entre a carga e a corrente é Q = IT

Como sabemos que o tempo é inversamente proporcional ao tempo T = 1 / f

Para as equações acima, temos C = I / (FV)

Capacitor de filtro passa baixa

O filtro passa-baixa passa apenas o sinal de frequência, que é menor do que a frequência de corte do filtro. Para este filtro passa-baixa, a relação entre a resistência do capacitor e a frequência de corte é

fc = 1/(2πRC)

O resistor no circuito é independente da variação da frequência aplicada, mas o capacitor é sensível às mudanças na frequência do sinal de entrada.

Fig. Diagrama de primeira ordem passa-baixa circuito filtro-capacitor.

Quando a frequência do sinal de entrada é baixa, a impedância do capacitor é maior que a impedância do resistor para a tensão de entrada cair sobre o capacitor. Ainda assim, quando a frequência do sinal de entrada é alta, a impedância do capacitor é menor que a do resistor faz mais queda de tensão através o resistor. A baixa frequência passa e a alta frequência é bloqueada.

 Em um filtro passa-baixo, as frequências abaixo da frequência de corte são conhecidas como banda passante, e a frequência acima da frequência de corte é conhecida como faixa.

Filtros de passagem baixa são usados ​​para

  • Para reduzir o ruído elétrico
  • Para limitar a largura de banda do sinal
  • Para reduzir a interferência

O ganho do filtro passa-baixa em magnitude pode ser calculado por

Ganho de filtro = 20log (Vout / Vin)

Vout-> tensão de saída do filtro

Vin-> tensão de entrada do filtro

Tipo de capacitor de filtro passa baixa

Pode ser de dois tipos:

  • Filtro-capacitor de primeira ordem
  • Filtro-capacitor de segunda ordem

O circuito do filtro passa-baixo acima tem apenas um capacitor de componente reativo, chamado de filtro de poll ou filtro de primeira ordem.

In a segunda ordem do filtro passa-baixa, deve-se ao elemento reativo que é o capacitor em seu circuito. O projeto é útil quando o sinal não fornece uma faixa de banda larga entre os componentes de frequência desejados e indesejados.

Fig. Diagrama do filtro passa-baixo de segunda ordem.

Capacitor de filtro de bypass

Aqui, uma extremidade do capacitor está ligada à fonte de alimentação e a outra está ligada diretamente ao terra. Este capacitor ajuda a reduzir o efeito de picos de tensão ou qualquer componente CA da fonte de alimentação; ele encurta o sinal CA para o solo e reduz o ruído CA para produzir um sinal CC muito claro.

Fig. Diagrama do capacitor do filtro de bypass.

O capacitor neste circuito deve ter pelo menos um décimo da resistência do resistor Re. Como sabemos, a corrente elétrica escolhe o caminho com uma baixa resistência a seguir, se houver vários caminhos para escolher; o capacitor oferece grande resistência a baixas frequências, de forma que apenas o componente AC do sinal passa por ele. O componente DC do sinal de entrada passará pelo resistor Re.

Capacitor de filtro de alta frequência

Um filtro passa-alta é um filtro que bloqueia a baixa frequência e deixa passar o sinal de alta frequência aqui. A frequência mais baixa do que a frequência de corte é bloqueada, e a frequência mais alta do que a frequência de corte permitida para passar por este filtro também é chamada de filtro de corte de graves. Um capacitor é conectado em série com a alimentação de entrada; o resistor está conectado em paralelo.

Fig. Circuito capacitor-filtro passa-alta de primeira ordem.

 Como sabemos, quando a frequência do sinal de entrada é baixa, a impedância do capacitor é maior, pois o capacitor está em série com a fonte de alimentação pela qual apenas um sinal de alta frequência pode passar por ele.

O circuito acima é um filtro de capacitor passa-alta de primeira ordem, pois há apenas um elemento reativo nesse circuito.

O filtro-capacitor passa-alta de segunda ordem e o filtro de capacitor de passagem alta de primeira ordem são colocados em cascata para formar um filtro de capacitor de passagem alta de segunda ordem.

Fig. Diagrama do filtro-capacitor passa-alta de segunda ordem.

3 capacitor de filtro de terminal

Três capacitores-filtros terminais consistem em um capacitor de três terminais, que apresenta uma impedância mais insignificante do que dois capacitores terminais. O que permite reduzir a impedância na banda de frequência mais alta com menor número de elemento reativo tem grande efeito de supressão de ruído estes são usados ​​em linhas de circuito, smartphones, TV LED etc.

Capacitor de filtro harmônico

O filtro harmônico pode ser projetado de elementos reativos em série ou paralelo para bloquear ou desviar as correntes harmônicas. Eles podem estar disponíveis em vários formatos e tamanhos. Ainda assim, quando este capacitor é conectado em paralelo com a fonte de alimentação, ele ajuda a reduzir a corrente harmônica e a tensão no circuito.

O capacitor requerido no filtro harmônico deve aceitar a dada magnitude de várias ordens de corrente harmônica. Uma corrente harmônica pode ser uma onda não senoidal, pois o capacitor é muito sensível ao valor de alta tensão. O capacitor é usado no filtro harmônico em faixas específicas, dependendo do capacitor em uso. Um filtro harmônico é formado por um banco de capacitores, principalmente um grupo de capacitores com a mesma classificação. Este filtro converte a corrente harmônica em calor para proteger a carga dela.

Capacitor de filtro feedthrough

O capacitor de filtro de passagem é um capacitor de três terminais cuja impedância de aterramento é um efeito pequeno e baixo na impedância do eletrodo. É especialmente projetado para um desempenho mais eficiente no circuito de filtragem.

 O capacitor comum não é muito bom para a aplicação de filtro, pois eles têm uma alta impedância que é indesejável e pode afetar a eficiência do circuito de filtragem O capacitor de filtro de passagem tem um pequeno valor de capacitância de derivação. Este capacitor é usado em linhas de alimentação CA e CC para reduzir interferências prejudiciais.

O filtro-capacitor feedthrough tem um efeito de filtragem próximo ao de um capacitor ideal. O capacitor foi inicialmente projetado para linhas de energia CC no sistema de RF, bloqueando a energia de RF e permitindo a passagem de sinais CC.

Capacitor de filtro de linha

O capacitor do filtro de linha é um capacitor usado para suprimir o ruído elétrico gerado pela fonte de alimentação.

 A fonte de alimentação pode ter vários distúrbios que incluem picos transitórios e flutuações em sua tensão de alimentação. Para reduzir o efeito de tal ruído, os capacitores de filtro de linha usam capacitores de filtro de linha que podem suportar flutuações ou transientes por um período mais prolongado sem cair nele.

O capacitor de filtro de linha é usado para

  • manter transientes de linha potencialmente prejudiciais
  • Para reduzir a perturbação da linha produzida pela fonte
  • Para reduzir o ruído gerado pelo circuito

 Existem duas topologias usadas no filtro de linha: uma é um capacitor X e a outra é um capacitor Y.

 In Capacitor X, aqui o capacitor é conectado através da alimentação de linha O capacitor X é usado onde o celular não pode levar a um choque elétrico. Ele eliminou o ruído elétrico proveniente da fonte de alimentação e o tornou usado em aplicações de alta frequência. A capacitância do capacitor X pode variar de 1microF a 10MicroF.

Fig. Diagrama do capacitor X conectado à fonte de alimentação.

Capacitor Y,  nesta topologia, os capacitores são conectados entre a fonte de alimentação da linha e o chassi da lista de aparelhos das faculdades utilizadas para uma aplicação que poderia levar a um choque elétrico. A faixa deste capacitor pode ser de 0.001 micro F a 1micro F.

Fig. Diagrama do capacitor do filtro Y.

Capacitor de filtro em um circuito de fonte de alimentação

Fig. Diagrama do capacitor X conectado à fonte de alimentação.

Capacitor de filtro do alternador

Os enrolamentos do estator do alternador geram a corrente CA trifásica. Não há muita ondulação de voltagem para produzir ruído de rádio. Um diodo converte AC em DC, e se qualquer diodo do alternador falhar, a ondulação da tensão aumentará, ou o ruído pode ser causado por aqueles que têm conexões elétricas. Ainda assim, um capacitor de filtro pode ser usado para minimizar o ruído no circuito. O capacitor de filtro pode bloquear a tensão CA indesejada ou desviar a tensão CA indesejada de volta para a fonte.

Capacitor de filtro eletrolítico

An capacitor eletrolítico é um capacitor cuja placa positiva é feita de metal e coberta por uma camada de óxido isolante sobre o metal. Este capacitor usa um eletrólito para ter uma capacitância massiva do que outros capacitores. O capacitor é usado em um circuito de filtro que combina energia CA com filtro de capacitor eletrolítico de tensão CC para eliminar a ondulação CA de 60 Hz a 120 Hz na fonte de alimentação CC.

Capacitor de filtro EMI

Capacitores usados ​​na filtragem de interferência eletromagnética em linhas de energia AC e DC são conhecidos como capacitores de filtro EMI. Este capacitor pode falhar devido a sobretensão e transientes. Existem dois tipos diferentes de topologia usados ​​no capacitor de filtro X e Y. A topologia do capacitor X é usada para a filtragem EMI de modo diferencial. Em contraste, a topologia do capacitor Y é usada no modo padrão de filtragem EMI.

Teoricamente, várias tecnologias de capacitores projetam capacitores X ou Y, mas os mais disponíveis comercialmente são os capacitores de filme ou de cerâmica.

Projeto do capacitor do filtro

Os capacitores de filtro podem ser projetados de maneiras diferentes conforme a necessidade.

 Quando um filtro passa-baixa é criado, o capacitor é então conectado à carga. Quando um filtro passa-alto é projetado, o capacitor do filtro está em série com uma fonte de alimentação. O filtro de capacitor é usado como filtro de bypass quando o capacitor é conectado entre o terra e a fonte de alimentação. Diferentes capacitores de filtro podem ser projetados com base nas diferentes faixas de operações, custos, decisões, temperaturas de operação e tamanhos.

Amplificador de capacitor de filtro

O capacitor de filtro tem uma grande desvantagem: a amplitude do sinal de saída é menor que a do sinal de entrada devido a uma atenuação do sinal. Isso significa que o ganho geral do capacitor do filtro é menor que um, portanto, pode ser necessário amplificar o sinal de saída.

 Diferentes amplificadores podem ser usados ​​para restaurar ou controlar o sinal atenuado, como OpAmp, transistores ou FETs. Depois que o amplificador de filtro de capacitor pode extrair energia de uma fonte externa para aumentar ou amplificar o sinal de saída através do filtro de capacitor, o sinal de saída do filtro de capacitor pode ser alterado ou remodelado conforme exigido pelo circuito do amplificador.

Seleção do capacitor do filtro

Como selecionar o valor do capacitor do filtro?

Selecione o filtro de capacitor com base em:

  • Custo
  • Precisão
  • Faixa de operação
  • Estabilidade
  • A corrente de fuga
  • Tamanho
  • Temperatura de operação

Capacitor de filtro de alta tensão

Componente do circuito passivo do capacitor de alta tensão que pode armazenar carga e energia para uso em aplicações de alta tensão, O capacitor comum não pode ser usado em aplicações de alta tensão, portanto, o capacitor de alta tensão pode ser usado em aplicações de faixa de alta tensão, como filtragem de alta tensão de linha de alimentação, filtragem de CA ou CC de alta tensão, bypass CA ou CC de alta tensão, etc. Esses capacitores são projetados onde as duas placas de metal do capacitor são separadas por metal dielétrico entre elas para uma operação eficiente em aplicações de alta tensão.

Como testar o capacitor do filtro

Existem duas maneiras de verificar o capacitor do filtro:

  1. Antes de verificar o capacitor, certifique-se de que ele está totalmente descarregado. Se não estiver totalmente descarregado, então descarregue o capacitor conectando-o por meio de uma carga. Se você estiver usando um multímetro, configure-o para ler a faixa de ohms alta. Conecte corretamente a extremidade positiva e negativa do capacitor com o multímetro. O medidor deve começar de 0 e depois mover-se para o infinito, o que mostra que o capacitor está funcionando; se o medidor permanecer em 0, o capacitor não está carregando no medidor, o que mostra que ele não está funcionando corretamente.
  2. Outra maneira de testar o capacitor do filtro, carregue o capacitor com a fonte de tensão DC e, em seguida, observe a tensão entre o ânodo e o cátodo do capacitor. Neste teste, a polaridade do capacitor é essencial antes de aplicar a tensão. Verifique o capacitor após o carregamento, desconecte a fonte de tensão do capacitor e use um multímetro para observar a tensão no capacitor. Após a verificação, o capacitor carregado deve manter a tensão aplicada. A tensão cairá rapidamente para zero quando o multímetro for conectado porque o capacitor estará descarregando através do multímetro. Se o capacitor não está mantendo nenhum valor próximo à tensão aplicada, então o capacitor não está funcionando corretamente.

Capacitor de filtro SMD

SMD significa dispositivo montado em superfície, o que significa que capacitor SMD é o capacitor montado em superfície hoje em dia O capacitor SMD é amplamente utilizado como filtro porque são menores em tamanho e podem ser colocados facilmente na placa de circuito. A tecnologia de montagem em superfície permite uma construção mais rápida e confiável do elemento eletrônico, por isso os capacitores estão prontamente disponíveis e com desempenho mais barato e superior.

Perguntas frequentes

O que um capacitor de filtro faz?

Os condensadores de filtro podem ser usados ​​para diferentes fins com diferentes arranjos no circuito.

O capacitor de filtro pode ser usado para restringir o componente DC do sinal de entrada. Ele também pode rejeitar ou ignorar o componente CA do sinal de entrada. Os capacitores de filtro podem limitar a largura de banda do sinal ou remover uma faixa específica de frequência do sinal. Ele também pode ser usado para remover componentes indesejados ou ruído do circuito.

Como selecionar capacitores de filtro?

Selecione o filtro de capacitor com base em:

  • Custo
  • Precisão
  • Faixa de operação
  • Estabilidade
  • A corrente de fuga
  • Tamanho
  • Temperatura de operação

Qual é o efeito de um capacitor como filtro?

O capacitor é usado como filtro. Ele pode filtrar componentes CA ou CC do sinal ou eliminar uma faixa de frequência específica.

Capacitor oferece alta resistência para a baixa frequência entrada sinal. Em contraste, ele oferece baixa resistência ao sinal de alta frequência, portanto, quando o capacitor é conectado em série com o sinal de alimentação, apenas o componente CA pode passar por ele. Apenas o componente DC pode passa pela carga quando o capacitor é ligado em paralelo à carga.

Quais são as vantagens e desvantagens do filtro de capacitor?

Existem várias vantagens e desvantagens de filtros de capacitor.

As vantagens dos filtros-capacitores são mais baratos, menores em tamanho e prontamente disponíveis. As desvantagens do capacitor-filtro são que ele é sensível às mudanças de temperatura, sua capacitância diminui com o tempo.

O que acontece quando o valor do capacitor do filtro é maior?

Quanto maior o valor do capacitor do filtro, o tamanho do capacitor também aumenta com ele.

Com um capacitor de filtro maior, a tensão será mínima. A constante de tempo será grande. A carga será mantida por um período mais longo, mas consumirá uma grande quantidade de corrente e demorará muito para completar a carga e será cara.

Qual é o melhor filtro de capacitor ou filtro de indutor?

O filtro pode ser projetado com um capacitor ou indutor ou usando ambos.

Os filtros capacitores são mais baratos do que os adaptadores indutores. O tamanho do filtro-capacitor é sempre menor que o tamanho do filtro indutor. O filtro do capacitor é melhor para suavizar a tensão, enquanto o filtro do indutor é melhor para suavizar a corrente.

Qual tipo de capacitor é usado em um filtro passa-baixa?

Em um filtro passa-baixa, o capacitor é conectado à carga.

O tipo de capacitor usado no filtro passa-baixo depende da faixa de operação, temperatura, sensibilidade, estabilidade, custo, tamanho, etc. O capacitor, que atende aos requisitos, pode ser usado.

Qual é a diferença entre um trilho e um capacitor de filtro em um circuito?

Um capacitor de trilho é usado no barramento de alimentação e o capacitor de filtro é usado para finalidades diferentes.

Um capacitor de trilho é usado para filtrar o ruído ou ondulação na linha de energia do trilho. Este capacitor é usado principalmente para manter a tensão em seu valor nominal e para estabilizá-la. Onde o capacitor de filtro é usado para diferentes fins, como eliminar o componente AC do sinal, bloquear o sinal do componente DC, como filtro de desvio, filtro EMI, limitar a largura de banda do sinal, eliminar uma faixa específica do sinal, etc.

Por que usamos capacitores como filtros na retificação quando os capacitores são usados ​​para bloquear DC e permitir AC?

Quando usamos um capacitor de filtro no circuito de retificação, ele apenas reduz o componente AC do sinal.

Na série circuito retificador, o capacitor-filtro é ligado em paralelo ao circuito dos dispositivos de carga. O componente CC do sinal de entrada pode passar pela carga e o componente CA do sinal de entrada passará pelo capacitor do filtro. O capacitor mostra baixa resistência para o sinal de alta frequência.

Qual é o efeito das magnitudes da capacitância do filtro na ondulação da tensão em fontes de alimentação DC?

Quando o capacitor do filtro é conectado em série com a fonte de alimentação DC, ele reduz o componente AC da fonte de alimentação.

 Um capacitor de filtro é usado em circuitos para minimizar a ondulação da tensão da fonte de alimentação.

A ondulação de saída de tensão do filtro pode ser calculada por 

Vr= Vp/(2fCR)

Onde Vr = tensão ondulada

Vp = tensão de pico

f = frequência do sinal (alimentação)

C = Capacitância do Capacitador

R = o valor da resistência

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