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Filtro de 60 Hz (ART399)

Nada mais incômodo, para os que gostam de mexer com circuitos de áudio, a verificação de que ocorrem roncos de 60 Hz (da rede de alimentação) quando o aparelho é ligado. Se a causa não está em circuitos internos, filtragens ou blindagens imperfeitas, encontrar uma solução para eliminação pode ser bastante trabalhosa a não ser que você tenha um FILTRO DE 60 Hz.

Ele está em toda parte! Você liga um amplificador e coloca o dedo numa das entradas para que ele se manifeste: o ronco de 60 Hz.

Produzido pelos circuitos da rede de energia este ruído preenche todos os ambientes e é captado com muita facilidade pelos circuitos sensíveis de áudio.

Basta uma blindagem imperfeita, um cabo mais longo, uma conexão imperfeita para que possa haver a indução de sinal e pronto: o ronco aparece em fones, alto-falantes, gravações, na forma de ondulações de imagem nos equipamentos de vídeo, etc.

 

O ruído de 60 Hz é capturado por cabos e circuitos.
O ruído de 60 Hz é capturado por cabos e circuitos.

 

Evidentemente, verificações de cabos, blindagens, conexões são a melhor forma de se eliminar os problemas desses roncos, mas existem casos em que isso não é possível. Quando muitos equipamentos são interligados, a enorme quantidade de cabos funciona como uma verdadeira antena, e por melhores que sejam esses cabos e suas conexões, um pouco de ronco acaba aparecendo.

Uma forma de se eliminar ou reduzir a níveis desprezíveis os roncos de 60 Hz consiste em se utilizar um filtro.

Intercalado entre a entrada de um amplificador e a fonte de sinais, ele funciona como um bloqueio, mas somente para sinais na frequência de 60 Hz, para o qual é sintonizado. Sinais de outras frequências podem passar praticamente sem atenuações.

O projeto que descrevemos neste artigo é de um pequeno filtro para sinais fracos, ou seja, sinais de microfones, pré-amplificadores, captadores de instrumentos musicais, fonocaptores e é alimentado por uma bateria comum de 9V. Como seu consumo é bastante baixa esta bateria terá excelente durabilidade.

 

Características:

 

  • Frequência central de rejeição: 60 Hz (com sintonia fina)
  • Faixa sintonizada: 55 a 65 Hz
  • Tensão de alimentação: 9V
  • Consumo: 200 uA (tip)
  • Impedância de entrada: 50 k ?
  • Atenuação em 60 Hz: 80 dB (tip)

 

 

COMO FUNCIONA

Uma configuração bastante eficiente para a elaboração de filtros passa-faixas ou rejeitores de faixas em áudio é o que emprega a rede de duplo T conforme mostra na figura 2.

 

O duplo T e a fórmula de ressonância.
O duplo T e a fórmula de ressonância.

 

Esta rede é formada por capacitores e resistores que, pelos valores determinam a frequência em que ela e sintonizada. Na frequência de sintonia, esta rede apresenta uma impedância muito alta, devendo entretanto os componente manterem as relações de valores indicadas.

Para termos um filtro que rejeite uma determinada frequência, basta usar uma etapa transistorizada com uma realimentação que seja feita por meio deste duplo T.

É justamente isso que fazemos usando então um transistor BC549 de baixo nível de ruído e alto-ganho de modo a interferir o mínimo possível no sinal de áudio que deve passar para o sistema de som.

No nosso circuito, de modo a mantermos um bom nível para o sinal que passa pelo filtro e termos uma impedância elevada de entrada, empregamos a configuração de coletor comum, com a retirada do sinal pelo emissor.

No duplo T colocamos ainda um componente de ajuste de modo a compensar as tolerâncias dos componentes e assim levar o circuito a rejeitar exatamente a frequência desejada.

Na figura 3 temos a curva aproximada de rejeição obtida com o filtro.

 

Curva de rejeição do filtro.
Curva de rejeição do filtro.

 

Na verdade, se o leitor quiser alterar o circuito para rejeitar outras frequências, alterações podem ser feitas nos capacitores, mantendo-se os resistores com os valores indicados.

Determinadas redes de energia estão sujeitas à ruídos de máquinas industriais que podem ocorrer em frequências diferentes de 60 Hz. Esses ruídos, que eventualmente afetam um equipamento, desde que tenham suas frequências identificadas, podem ser eliminados com um filtro apropriado.

O próprio ruído gerado por um motor de rotação fixa (e portanto frequência fixa) de um ventilador num amplificador de potência, pode ser cortado com um filtro como este, se a filtragem direta da corrente que o alimenta não resolver o problema.

 

MONTAGEM

Na figura 4 temos o diagrama completo do aparelho, que corresponde naturalmente a um canal. Para um equipamento estéreo sujeito ao problema devem ser montados dois filtros.

 

Diagrama de um canal do filtro de 60 Hz.
Diagrama de um canal do filtro de 60 Hz.

 

A placa de circuito impresso é a mostrada na figura 5.

 

Placa de circuito impresso do filtro.
Placa de circuito impresso do filtro.

 

É importante que as conexões de entrada e saídas dos sinais sejam blindadas com as malhas devidamente aterradas, se possível em ponto comum, para que os ruídos que se tenta eliminar, sejam novamente captados.

A utilização de uma caixa metálica é altamente recomendável para o projeto, no sentido de funcionar como blindagem.

O transistor é o BC549, mas se não houver necessidade de um transistor de baixo nível de ruído na aplicação visada pode ser usado o BC548.

Os resistores são de 1/8W com 5% ou mais de tolerância e os capacitores menores, usados no filtro devem ser de poliéster. Os capacitores maiores são eletrolíticos para 12V ou mais de tensão de trabalho.

P1 é um trimpot, para permitir o ajuste interno da frequência de rejeição. Para a bateria deve ser usado um conector apropriado, com a observação da polaridade no momento da conexão.

Os jaques devem ser de acordo com os cabos de sinais que serão usados. Os tipos mais comuns neste tipo de aplicação são os RCA.

 

PROVA E USO

Para provar e ajustar ligue a saída do filtro na entrada de um amplificador, conforme mostra a figura 6.

 

Atuar sobre P1 para reduzir o ronco.
Atuar sobre P1 para reduzir o ronco.

 

Ligue na entrada do filtro um plugue apropriado com um fio no pólo vivo, mas do tipo simples (sem ser blindado) para servir de fonte de roncos.

Abra o volume do amplificador até ouvir o ronco de 60Hz claramente e com o filtro acionado ajuste P1 até notar uma boa atenuação do ronco.

O ajuste também pode ser feito com base na observação da forma de onda obtida num osciloscópio, conforme mostra a figura 7.

 

 

Ajustando com o osciloscópio.
Ajustando com o osciloscópio.

 

Feito o ajuste, o filtro está pronto para uso. Se a intercalação do filtro com a fonte de sinal provocar distorções ou perdas nos sinais é porque as características do filtro não se adaptam às da fonte, não devendo o mesmo ser usado nestas condições.

 

Semicondutores:

Q1 - BC549 - transistor NPN de baixo ruído


Resistores: (1/8W, 5%)

R1 - 82 k?

R2, R4 - 22 k?

R3 - 10 k?

R5 - 15 k?

R6, R7 - 470 k?

R8 - 27 k?

P1 - 47 k? - trimpot


Capacitores:

C1 - 4,7 µF/12V - eletrolítico

C2 - 150 nF - cerâmico ou poliéster

C3, C4 - 82 nF - poliéster

C5 - 100 µF/12V - eletrolítico

C6 - 10 µF/12V - eletrolítico


Diversos:

J1. J2 - jaques RCA - ver texto

B1 - 9V - bateria

S1 - Interruptor simples

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, fios blindados, conector de bateria, fios, solda, etc.

 

 

 

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