Come creare un circuito CR con filtro passa alto

Nel campo dell'elettronica, esiste una particolare tipologia di circuiti. Essi riescono a modificare un segnale e si definiscono "filtri". A questa categoria appartengono i circuiti passivie quelli attivi. I primi si compongono di resistori, induttori e capacitori, mentre gli altri comprendono un mix tra componenti attivi e passivi, come ad esempio gli amplificatori operazionali. Come abbiamo visto in un'altra occasione, i circuiti possono avere un filtro "passa basso" oppure "passa alto". Nella fattispecie, questi ultimi favoriscono un passaggio di frequenze con valori più alti rispetto ad un parametro definito "frequenza di taglio". I valori più bassi, invece, subiscono un'attenuazione importante. Qui di seguito ci soffermeremo nello specifico sul secondo tipo di filtro, dunque vedremo come creare un circuito CR con filtro passa alto. La procedura in sé non risulta particolarmente difficoltosa. Tuttavia è preferibile avere una certa dimestichezza con questo genere di lavoro.

• Basetta sperimentale (breadboard) o circuito stampato millefori
• Cavi elettrici
• Amperometro
• Tronchesino, pinze a punta tonda e spella
• Saldatore a stilo
• Spelacavi
• Batteria a 20 Volt
• Resistenza ceramica da 470 Ohm
• Condensatore elettronico 10 nF

Prima di creare in modo pratico un circuito CR con filtro passa alto passivo, dobbiamo fare una premessa. Sebbene si tratti di una categoria di filtri piuttosto semplice da realizzare, dobbiamo comunque svolgere ogni singolo passaggio con estrema attenzione. Questo perché una buona conoscenza delle basi nel campo dell'elettronica è importante per assemblare un circuito in modo preciso e farlo funzionare alla perfezione. Ora possiamo passare all'aspetto teorico relativo alla costruzione del circuito con filtro passa alto. Innanzitutto dobbiamo ricordare che un circuito di questo tipo comprende due componenti fondamentali, ovvero il condensatore e la resistenza. Approfondiamo brevemente questa parte.

L'uscita si trova in C (che è il condensatore). Abbiamo poi un segnale di ingresso, variabile nel tempo, che indicheremo con V1. In questo caso il condensatore agisce in qualità di impedenza. Questo termine si impiega per dire che un campo magnetico variabile è capace di generare una corrente di spostamento. Il fnzionamento del condensatore si basa sulla legge della partizione resistiva di tensione, esplicabile con la seguente equazione: Va=Vr1+Vr2. Cerchiamo di capire a cosa si riferisce ciascun valore. Va è la tensione di alimentazione del partitore, mentre Vr1 e Vr2 sono le tensioni situate ai capi delle resistenze. Detto ciò, trasformiamo l'equazione con la legge di Ohm. Avremo pertanto V1=V2 [R/(R+Z)].

Come anticipato nei passaggi precedenti, la cosiddetta "frequenza di taglio" stabilisce quali sono le differenze tra un filtro passa alto e uno passa basso. Questo parametro si esprime in decibel e si può esplicare per mezzo di una specifica equazione, come V1/V2= 1/√2=1/2πRC. Per ottenere la risposta di frequenza del filtro passa alto, usiamo la funzione di trasferimento T (s), dove s rappresenta la variabile complessa. Considerando che s=ω, avremo T (ω)=V1(ω)/V2(ω)=ω/[ω+(1/RC)]= ω/[(1+ωRC)/RC]. A questo punto dobbiamo ricorrere all'approssimazione di Bode. Ricaveremo quindi due equazioni, ossia 1+ωRC=1, per valori di ω<1/RC e 1+ωRC=ωRC, per valori di ω>1/RC. Il valore della frequenza di taglio corrisponde a 3 decibel.

Ora che abbiamo trattato in modo preciso la parte teorica, possiamo passare alla creazione vera e propria del nostro circuito CR con filtro passa alto. Teniamo comunque conto delle formule espresse poc'anzi, perché ci aiutano a capire meglio il ruolo di ciascun componente del circuito. Per creare il filtro CR passa alto dobbiamo anzitutto portarci sulla basetta, che può essere una breadboard o una millefori. A questo punto dovremo collegare i fili elettrici di polo positivo e negativo all'alimentatore. Facciamo attenzione ad attaccare il filo con polo positivo alla resistenza R e quello con polo negativo al condensatore C. Con un corpo batteria da 20 Volt daremo la carica elettrica necessaria a garantire il funzionamento del circuito.

Ora che abbiamo creato un circuito CR con filtro passa alto, dobbiamo collegarlo ad un amperometro. Questo pratico strumento ci aiuta a verificare l'effettivo funzionamento del nostro circuito. Ricordiamoci di collaudarlo una volta ultimato l'assemblaggio. Potremo scoprire se ci sono problemi di collegamento, oppure se risulta tutto perfetto. Se il display dell'amperometro ci mostra dei valori, il circuito funziona correttamente. Se invece non succede nulla, proviamo a individuare il problema. Se abbiamo usato una scheda millefori, assicuriamoci di aver saldato per bene le componenti del circuito. Per evitare questo disguido, è infatti consigliabile utilizzare la breadboard, che non richiede saldatura.

• Testare il circuito per individuare eventuali anomalie o difetti a livello di contatti.
• Seguire attentamente tutti i passaggi per assemblare correttamente il circuito.

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