Construção de um filtro notch

[Felipe Trebino]

Estou tentando fazer um filtro notch para meu circuito, estou usando um rejeita-faixa de segunda ordem VCVS, e fiz os cálculos para a faixa de 59 e 61 Hz. Porém, após ajustar os resistores para valores comerciais e refazer os cálculos, faixa de corte subiu o valor, agora estou confuso como faze-lo. Existe algum lugar com os valores prontos? Algum CI pronto para comprar? Segue abaixo os cálculos:

Fc1=59Hz
Fc2=61Hz

 

Fo=√Fc1*Fc2
Fo=~60

 

Qo=Fo/(Fc2-Fc1)
Qo=~120

 

Wo=2pi*Fo
Wo=~377

 

C=(10/Fo).10^-6
C=~0,16uF

 

R1=1/(2*Qo*Wo*C);
R2=(2*Qo)/(Wo*C);
R3=(R1*R2)/(R1+R2);

 

R1=~ 0,26529 kOhms
R2=~ 954,797 kOhms
R3=~ 0,26522 kOhms

 

Ajustei os valores para:
0,270kOhms no R1 e R3
953kOhms(910k + 43k) no R2
(valores comerciais)

E a faixa de corte subiu para:
Fc1 = 62,42047318902533
Fc2 = 62,57962813211723
O que faço?

 

[.if]

Sim... a gama de valores de resistor 1% é bem grande mas você pode tentar outras combinações de R e/ou C ou usar trimpots multivoltas ou até mesmo a minha preferida: associação de resistores . Falando nisso, não leia a dica oculta!!

Spoiler

Sabia que se você der uma leve raspada no interior do resistor ele aumenta o valor? Não faça isso pra uso comercial ok?

 

[Felipe Trebino]

@.if pois é amigo, eu não estou querendo colocar uma combinação de resistores muito grande, pelo espeço sabe, eu já tenho várias etapas, filtros, amplificadores e esse notch que eu to querendo adicionar agora é a ultima etapa, mudei uns valores pra uma faixa de corte maior, 58 e 62Hz, na simulação o resultado foi bem melhor, agora vou testar com valores comerciais, além disso, onde moro não tem tanta opção de resistor, é uma luta. Tem experiência com esse tipo de topologia?

[Eder Neumann]

eu usaria trimpots de precisão para uma aplicação tão precisa...

o objetivo é filtrar ruido da rede para qual tipo de equipamento?

[Felipe Trebino]

2 minutos atrás, Eder Neumann disse:

eu usaria trimpots de precisão para uma aplicação tão precisa...

o objetivo é filtrar ruido da rede para qual tipo de equipamento?

estou contruindo um amplificador/filtro para captação de sinais eletroencefalográficos, ou seja um EEG(eletroencefalograma) e o circuito é muito sensível, nos testes apresentaram muitos ruídos, o sinal é de 2 a 100uv e 0,5 a 100Hz, fiz os filtros(passa-baixa e passa-faixa), porém o 60Hz ainda não é atenuado.

@Eder Neumann @.if fiz uns cálculos aqui, e ao que parece o maior problema é o valor do capacitor, nos cálculos deu 0.16675933649127 µF, se eu mudar para 0.16 já não dá o resultado

[.if]

23 minutos atrás, Felipe Trebino disse:

experiência com esse tipo de topologia?

Não tenho mas teoricamente sei quem tem: @MOR, @Sérgio Lembo e alguns etc que não me vem a mente agora. No meu caso apenas prática mesmo ok? Então lá vai mais uma...

23 minutos atrás, Felipe Trebino disse:

não estou querendo colocar uma combinação de resistores muito grande, pelo espeço sabe

...faça em  smd.

 

E lá vai mais uma a la bola de cristal... a rede ac está atrapalhando seu sinal da ordem de uV's? Considere uma etapa de baixo consumo tocada a bateria e isolada com opto ou do gênero.

 

O que você vai ler a seguir é uma ideia muito lôca que surgiu agora...se eu fosse você nem lia ... altere tal etapa pra baixíssimo ou baixêrrimo consumo. Coloque um micro relé 2 polos vcc e gnd... alimenta, carrega cap, desliga, captura/transfere dados filtrados pelo opto. Um circuito quase bem projetado pode carregar um cap em fração de segundos e operar por minutos com a carga do cap.

 

você postou enquanto eu digitava... minha bola de cristal não está tão enferrujada assim kk

[Felipe Trebino]

2 minutos atrás, .if disse:

..faça em  smd.

o problema é que eu to fazendo tudo na mão, com o processo de placa de fenolite, banho de percloreto de ferro etc.

bem amador podemos dizer... Estou fazendo como projeto de TCC no meu ensino técnico e assim... tá complicado da forma q eu to fazendo se eu for partir pro smd..

@.if

 

esse é o projeto sem o notch

[.if]

Entendi...Apesar de não estar em pauta (ainda) você vai ter o desafio adicional que é otimizar o layout pra esta tensão de entrada. Penso que este nível de tensão é muito baixo pra montagens/fabricação amadoras.. claro sem menosprezar sua capacidade ok? Há "forças ocultas" trabalhando contra você e seu circuito. Mas já que é só pra tcc penso que seu enrosco vai ser menor. Dica: não te esqueças pelo menos dos capacitores de desacoplamento. Não os estou vendo no seu layout...

Numa analisada superficial adicional no seu dilema, percebo que comporta sim as 3 alternativas que lhe falei: resistor adicional, trimpot e a última oculta (que nem quero repetir kk).

E em mais uma tradicional chicotada prática, em último caso considere alimentar com pilha/bateria e de alguma forma digitalizar o sinal pra transmitir via opto ou do gênero. "Converse" com o sistema EEG pra chegarem num acordo bom pra ambas as partes.

 

É isso.. xeretar em projetos alheios é minha especialidade do meu confortável e remoto ponto de vista e é mais forte que eu .. sorry...

[Felipe Trebino]

3 minutos atrás, .if disse:

Entendi...Apesar de não estar em pauta (ainda) você vai ter o desafio adicional que é otimizar o layout pra esta tensão de entrada. Penso que este nível de tensão é muito baixo pra montagens/fabricação amadoras.. claro sem menosprezar sua capacidade ok? Há "forças ocultas" trabalhando contra você e seu circuito. Mas já que é só pra tcc penso que seu enrosco vai ser menor. Dica: não te esqueças pelo menos dos capacitores de desacoplamento. Não os estou vendo no seu layout...

Numa analisada superficial adicional no seu dilema, percebo que comporta sim as 3 alternativas que lhe falei: resistor adicional, trimpot e a última oculta (que nem quero repetir kk).

E em mais uma tradicional chicotada prática, em último caso considere alimentar com pilha/bateria e de alguma forma digitalizar o sinal pra transmitir via opto ou do gênero. "Converse" com o sistema EEG pra chegarem num acordo bom pra ambas as partes.

 

É isso.. xeretar em projetos alheios é minha especialidade do meu confortável e remoto ponto de vista e é mais forte que eu .. sorry...

que isso, aceito todo tipo de crítica/indicação, já dei uma boa análisada em projetos parecidos

@.if no final eu usaria um aop somador para condicionar o sinal e passaria pelo microcontrolador ESP32 para digitalizar o sinal, e viria outra etapa.. deixa pra faculdade

@.if @MOR @Sérgio Lembo aproveitando que você citou colegas que entendem do assunto, com os valores comerciais no meu filtro notch consegui 62.5Hz como frequencia central, e pegaria o 60Hz na banda de rejeição, certo? porém na simução no LTspice, não fica tão claro assim...

Não aprendi a usar MATLAB.

[MOR_AL]

@Felipe Trebino

Você está usando a simulação errada. 

Não é a transiente e sim a AC.

Vou simular aqui no meu simulador e verificar para você.

Em tempo:

Ainda não verifiquei, mas acho que pode-se escolher alguns valores comerciais para os componentes.

MOR_AL

[Felipe Trebino]

@MOR agradeço, fiz todas as simulações assim, acho q vou ter q refazer em..

[MOR_AL]

2 horas atrás, Eder Neumann disse:

eu usaria trimpots de precisão para uma aplicação tão precisa...

o objetivo é filtrar ruido da rede para qual tipo de equipamento?

Trimpots possuem maior variação de valor com a temperatura, que resistores.

Se for usar trimpot deve-se colocar em série com o resistor com cerca de 95% do valor final e deixar o trimpot com os outros 5%. Aí a variação do valor do trimpot com a temperatura cai a 5% do valor final da resistência. Ou seja Delta trimpot com a temperatura = 5% do valor da resistência. Ou seja, 1/20 do valor se fosse apenas o trimpot.

 

Tem uns links que fazem o cálculo do filtro, mas (tem sempre um mas...) apesar dos valores dos resistores serem comerciais, os valores dos capacitores não são e dão valores bem chatos e a precisão é tão maior, quanto maior for a atenuação e menor forem as diferenças entre as frequências inferior e superior.

Capacitores com valores grandes, como os eletrolíticos, além de não possuírem precisão, também possuem grande variação com a temperatura. Então nem adianta montar quando os valores dos capacitores derem eletrolíticos. Capacitores bons são os stiroflex, mas ficam limitados a nano Faradays. 

Sugestão: 

Reduza e aumente os valores dos capacitores e resistores (respectivamente) pelo mesmo fator, que o filtro não se altera. Porém tem que considerar a impedância de saída do seu sinal e o limite máximo para os resistores em função do seu amplificador operacional. O LM324 tem limitações. 

Ou seja:

Quanto mais se quer, mais difícil será.

 

Você deve escolher valores mais práticos para as frequências extremas e menor atenuação.

Aliás, deve-se conhecer de antemão, quanto precisa ser atenuado e quais limites de frequências. Somente a partir daí é que se calcula o filtro.

 

Pesquise por "Notch filter" no Google, que vão aparecer diversos links com valores para você colocar e serão apresentados os valores dos componentes.

 

Depois de pesquisar no Google, achei melhor não calcular o seu flltro, pois tem tudo mastigado na internet. Meu trabalho seria "chover no molhado", pois os links apresentam tudo.

http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Notch-filter-calculator.php#answer2

http://sim.okawa-denshi.jp/en/TwinTCRkeisan.htm

Esse link eu achei o melhor.

https://www.changpuak.ch/electronics/Notch_Filter.php

 

Bons projetos.

MOR_AL

[.if]

Olá.. eu de novo antecipando coisas problemáticas...

Continuo achando que o sinal do cérebro é fraco d+ pra não ser influenciado por este mundo ruidoso de hoje em dia (p.ex. olha a audiência do bbb! ). Como o esp32 entrou na jogada, a dica que dou é fazer um circuito à parte com sensores tocados à bateria mesmo e com um mc simples totalmente isolados da rede ac. Pode fazer um ampop pra cada ou usar um multiplex analógico pra varre-los todos. O mc teria a missão de ler e transmitir digitalmente o sinal por um opto p.ex. Se a taxa de tx for alta penso que nem atrapalha a leitura. Só 1/2 que xute pois desconheço o sistema ok?

Mas de fato, por partes... 1º resolva a questão em pauta agora sim com auxílio de verdade.

Como saidêra, sugiro também que não reinvente a roda. Pra isso dá uma olhadela no que o google mostra sobre circuito amplificador para eeg

abç

[Eder Neumann]

21 minutos atrás, MOR disse:

Trimpots possuem maior variação de valor com a temperatura, que resistores.

Se for usar trimpot deve-se colocar em série com o resistor com cerca de 95% do valor final e deixar o trimpot com os outros 5%. Aí a variação do valor do trimpot com a temperatura cai a 5% do valor final da resistência. Ou seja Delta trimpot com a temperatura = 5% do valor da resistência. Ou seja, 1/20 do valor se fosse apenas o trimpot.

não havia pensado nesta parte... ou talvez estabilizar a temperatura do gabinete pudesse ajudar um pouco também...

agora entendo porque equipamentos médicos como ressonância e tomografia ficam naquelas salas com AC de 800 mil BTU (hipérbole) ligado a -20°C (outra hipérbole)...

 

estive pensando na questão de ruídos, e se for feita a amplificação do sinal o mais perto possível da fonte, não estaríamos diminuindo o percurso por onde o ruído se instala?

[Felipe Trebino]

@MOR a princípio não estava usando filtros passivos, vou dar uma olhada.. eu também estava fazendo minhas aplicações web para calcular os filtros

http://calculefiltro.epizy.com/index.php acho mais pratico do que ficar fazendo o cálculo toda hora

[Eder Neumann]

este topico me chamou a atenção pois estou trabalhando num projeto similar com 2 filtros para um duplexador para uma repetidora de VHF...

ô coisinha chata de projetar...

[.if]

15 horas atrás, Eder Neumann disse:

estive pensando na questão de ruídos, e se for feita a amplificação do sinal o mais perto possível da fonte, não estaríamos diminuindo o percurso por onde o ruído se instala?

Eu ia comentar sobre e falar que o circuito deve caber no eletrodo mas numa breve pesquisa acho que já nos copiaram...

"eletrodos ativos"

https://www.brainlatam.com/blog/uma-breve-introducao-a-eeg-e-tipos-de-eletrodos-76

 

 

[MOR_AL]

15 horas atrás, Felipe Trebino disse:

@MOR a princípio não estava usando filtros passivos, vou dar uma olhada.. ....

Não me referi a filtros passivos, pois envolvem indutores, ficando ainda mais difícil sua implementação.

MOR_AL

[Felipe Trebino]

mudei o circuito, agora estou fazendo os cálculos dos componentes:

[Sérgio Lembo]

@Felipe Trebino , lidar com sinais analógicos ou lógicos em ambientes ruidosos sempre foi um sufoco. Em máquinas, por exemplo, a ação de um freio numa máquina controlada por microprocessador faz com que sinais lógicos externos que entram no MC apresentem falso pulso. Já vi osciloscópios de boa marca, inclusive o Tetronix, apresentarem senóide mesmo com o zero do painel ativado. O uso de filtros é interessante mas a possibilidade de distorcerem a linearidade do seu sinal não é desprezível. Seus cálculos supõem elementos perfeitos mas as características parasitas dos componentes podem te fritar.

Olhando para o problema do tópico temos que a fiação que liga o eletrodo à máquina dado seu comprimento se tornou uma indesejável antena. Lendo o tópico não identifiquei nenhuma atitude sua para matar ou atenuar esse efeito na fiação. Os filtros mencionados atuam sobre um sinal que já foi poluído pelo ruído ambiente. O que fez para atenuar essa poluição? Fios trançados são um método antigo e continuam modernos, estão presentes nos cabos de rede. Cabos blindados idem. A combinação dessas 2 técnicas também, mais uma vez o exemplo dos cabos de rede.

[aphawk]

@Eder Neumann ,

 

Duplexadores para VHF? 

 

Sugiro comprar isso pronto.... Tem muita repetidora parada com esses filtros tipo cavidade, são excelentes e você ajusta precisamente para a sua frequência. 

 

 

@Felipe Trebino ,

 

Notei que você está se preocupando com os resistores, mas você usa capacitores também no filtro Notch !

 

De que adianta associar resistores de 1% para chegar no valor, e usar capacitores comuns que tem entre 5 a 20% de tolerância? Não vai ter o resultado pretendido !

 

Isso sem falar na péssima variação com a temperatura . Existem tipos de baixa variação, mas custam mais caro e são bem mais difíceis de se achar...

 

Eu sugiro você comprar vários capacitores do tipo De baixa variação com a temperatura, e selecionar entre eles o valor mais aproximado...

 

Paulo

[Eder Neumann]

@aphawk é caro esses negocim... e aprender a fazê-los me traz uma oportunidade, tem poucos fabricantes deste tipo de equipamento aqui na minha região e há muitas oportunidades no país inteiro...

[aphawk]

@Eder Neumann ,

 

Sim, poucos sabem como fazer isso com a largura de banda, atenuação e frequências de entrada/saída adequadas à nossa legislação. E isso se tiverem acesso aos instrumentos para medição .....

 

Faz bastante tempo eu tive de recalibrar alguns desses "troços" para usarmos em uma repetidora de um grupo de amigos aqui em Sp. Tive de ir na Electril e tive algumas "aulas"  com o Vital, aí ficou fácil. Mas hoje não me lembro mais nada sobre isso ....

 

Se tiver dificuldade, procure a LABRE-SC e peça para te indicarem um colega radioamador , com certeza ficarão felizes em ajudá-lo !

 

Paulo

 

 

[Eder Neumann]

agradeço pelas orientações Paulo, vou tentar contato com eles.