Os filtros passa-banda mais simples são os filtros LC - eles usam indutores e capacitores (embora sempre haja alguns resistores adicionais no circuito que afetam a operação).
Esses componentes podem ser conectados em série ou paralelo, e os circuitos resultantes são chamadossérie ressonantecircuitos e circuitos ressonantes paralelos, respectivamente. A palavra ressonância é usada porque esses circuitos respondem a frequências específicas, assim como as cordas de um violino ou violão. Portanto, eles são frequentemente chamados de circuitos de sintonia.
Isso mostra alguns exemplos desses circuitos conectados de diferentes maneiras. A frequência de ressonância dos circuitos em série e paralelo é devida ao efeito de resistência, onde XL do indutor é igual a Xc do capacitor. Podemos obter a frequência de ressonância resolvendo esta equação
Onde f é frequência, L é indutância, C é capacitância, representando frequência:
Em um circuito sintonizado em paralelo, capacitores e indutores são conectados em paralelo, portanto têm a mesma tensão. Na frequência de ressonância, temos também que os seus reagentes são iguais. De acordo com a Lei dos circuitos CA de Ohm, se indutores e capacitores têm a mesma tensão e reatância, eles também devem ter a mesma corrente. Então todos eles têm a mesma corrente. Mas como uma das correntes faz com que a tensão avance 90 "e a outra corrente faz com que a tensão fique 90", elas estão separadas por 180 ". Portanto, a direção das correntes é oposta, uma subindo e a outra caindo. Portanto, a corrente no fio que leva ao circuito de sintonia secundário deve ser zero. Como a corrente externa que entra no circuito de sintonia é zero, o circuito se comporta como um circuito aberto (com tensão, mas sem passagem de corrente).
A situação oposta ocorre em umsérie ressonante (também conhecido como dispositivo ressonante em série)circuito. Aqui, capacitores e indutores estão conectados em série, então a corrente é a mesma. Desta vez, a tensão em um eletrodo guia a corrente, enquanto a tensão no outro eletrodo está atrasada em relação à corrente em 90 ". Portanto, essas duas tensões estão separadas por 180 polegadas. Na ressonância (outra maneira de dizer 'na frequência de ressonância'), seus reagentes são iguais, então suas tensões são iguais, mas opostas. Portanto, a tensão total de todo o circuito em série é zero, mesmo que haja passagem de corrente. Portanto, o comportamento do circuito é como um curto-circuito (também há corrente, mas não tensão passando).
Portanto, formamos as seguintes regras empíricas:
Durante a ressonância, o circuito sintonizado em paralelo exibe um circuito aberto.
Durante a ressonância, osérie ressonantecircuito apresenta um curto-circuito.
Em outras frequências, ambos os circuitos possuem uma certa impedância. Aproximando-se da frequência de ressonância, o circuito não está completamente aberto (para sintonia paralela) ou curto (para sintonia em série), mas ainda muito próximo. Quanto mais longe da frequência de ressonância, menor será o circuito, podendo haver circuitos abertos ou curtos-circuitos.
Ambos os circuitos podem servir como filtros seletivos, permitindo a passagem de certas frequências e impedindo a passagem de outras. Eles podem conectar circuitos de sintonia entre duas direções básicas, como (a) e (b) (nesse caso o sinal será mais curto dependendo da impedância do circuito), ou um sinal deve passar através de um circuito LC da entrada para a saída como mostrado em (c) e (d) (nesse caso ele passará mais ou menos dependendo da impedância do circuito).
Tomando o circuito (a) como exemplo. Durante a ressonância, o circuito sintonizado em paralelo exibe um circuito aberto, com a maior parte do sinal de entrada atingindo diretamente a saída através de resistores. De acordo com as diferentes cargas de saída, pode haver corrente no resistor em série, portanto pode haver perda de tensão, mas podemos ignorá-la. Porém, além da ressonância, o circuito de sintonia não está mais aberto; Isso faz com que o aumento da corrente passe pelo resistor em série, resultando em um aumento na queda de tensão. Quanto mais longe da ressonância, maior será a diminuição e menor será a tensão de saída.
Se mantivermos a tensão de entrada constante, mas alterarmos a frequência, e então traçarmos a relação entre a tensão de saída e a frequência, obteremos um gráfico semelhante à Figura (a). Vemos que o pico da saída aparece na frequência de ressonância e há uma diminuição em ambos os lados. De fato, há uma banda de frequência passando perto da ressonância, enquanto a frequência distante da ressonância é reduzida (embora não seja completamente interrompida). Como existe uma banda de frequência que pode passar, ela é chamada de filtro passa-faixa. O circuito (c) da figura também é um filtro passa-faixa; Devido ao fato de o circuito ressonante em série estar em curto-circuito no ponto do raio, a frequência de ressonância passa (e próximo), enquanto a frequência diminui ainda mais porque o circuito ressonante em série agora tem alguma reatância.
Os circuitos (b) e (d) fazem a coisa oposta - eles param de sinalizar na ressonância; O circuito (b) é obtido encurtando o sinal, enquanto o circuito (d) é obtido abrindo o caminho entre a entrada e a saída. Mesmo perto da ressonância, eles enfraquecerão o sinal, interrompendo (ou enfraquecendo) uma banda de frequência conforme mostrado na Figura (b). Portanto, eles são chamados de filtros de parada de banda ou filtros de parada de banda.
Observe as semelhanças entre este e os filtros passa-baixa-RC ou passa-alta discutidos no capítulo anterior. Embora estejamos nos referindo à frequência de corte aqui, a curva real mostra que o “corte” é na verdade um declínio muito lento. Há também uma mudança gradual em ambos os lados da frequência de ressonância.