Em eletrónica, quando se trabalha com sinais eléctricos, tais como medições de sensores ou um sinal de áudio, é prática comum utilizar filtros. Estes filtros são utilizados para modificar estes sinais com vista a corrigi-los, analisá-los ou utilizá-los corretamente. A isto chama-se processamento de sinais.
Definição de sinal eletrónico
Um sinal é a representação da informação que passa através de um sistema. Um sinal eletrónico está fisicamente limitado em termos de precisão, velocidade e alcance. Pode também ser modificado por perturbações externas. Por exemplo, uma medição efectuada por um sensor contém geralmente uma perturbação que faz com que o valor do sensor varie em torno do valor medido. Esta perturbação é designada por ruído de medição e pode ter origem em campos electromagnéticos e na sensibilidade do sensor. Este ruído de medição deve ser negligenciado ou eliminado utilizando um filtro para obter um valor correto.
Em teoria, um sinal pode ter uma representação matemática simples como uma função sinusoidal com uma frequência e amplitude fixas. Na prática, um sinal pode ser descrito como uma sobreposição de sinais com diferentes frequências e amplitudes. Estes são os componentes espectrais.
Definição de filtro eletrónico
Em eletrónica, um filtro é um elemento que modifica os componentes espectrais de um sinal de entrada. Existem três famílias principais de filtros:
- filtros analógicos passivos que utilizam componentes electrónicos passivos (resistências, condensadores, indutores)
- filtros analógicos activos que utilizam componentes electrónicos passivos e activos (transístor, amplificador operacional, circuito integrado)
Com sinais analógicos, como a medição de um sensor ou um sinal de áudio, é comum encontrar filtros analógicos passivos ou activos. Passivos para filtrar o ruído da medição; activos para amplificar o sinal. Uma vez montado o circuito que efectua a filtragem, a função de filtragem não pode ser modificada.
- filtros digitais produzidos através de um processador e de um programa informático
Os filtros digitais são geridos por um código informático, pelo que não são fixos. São frequentemente utilizados para tratar e analisar dados, a fim de realçar determinadas características (cores numa imagem, frequência dominante de um sinal, etc.).
Tipos de filtros
Dissemos que um filtro modifica os componentes espectrais de um sinal. Por outras palavras, amplifica, suprime ou atenua um sinal numa determinada frequência. Os filtros podem ser de diferentes tipos, consoante a sua função:
- passa-baixo: para atenuar as frequências altas
- passa-alto: para eliminar as frequências baixas
- passa-banda: para passar uma gama de frequências
- notch: para atenuar uma gama de frequências
Função de filtro
Os filtros electrónicos são utilizados em muitos sistemas electrónicos e são frequentemente necessários para que o sistema funcione corretamente. Um filtro permite:
- limpar para obter uma melhor leitura do sinal
- remover um componente numa frequência indesejável porque é parasita ou interfere com o sistema
- corrigir para obter um sinal coerente
Exemplo de filtros analógicos
Os filtros analógicos encontram-se frequentemente em sistemas electrónicos audiovisuais. Imagine um rádio em que pode aumentar os agudos ou os graves.
Exemplo de filtros digitais com Arduino
Depois destas definições, eis alguns exemplos comuns de processamento de sinais com o Arduino
Este filtro é utilizado para suprimir o ruído de transição num sinal digital, como a deteção da pressão de um botão de pressão.
O algoritmo de média deslizante é uma forma fácil de criar um filtro passa-baixo e eliminar o ruído.