ELETRÔNICA CIRCUITOS ESPECIAIS CAPÍTULO

Transcrição

1 CIRCUITOS ESPECIAIS Limitador (Ceifador) Positivo Negativo Polarizado Grampeador Multiplicador Dobrador Triplicador Quadriplicador Positivo Negativo Detector de Pico a Pico 1

2 LIMITADOR O limitador (ceifador) retira uma parte do sinal de tensão acima ou abaixo de um nível especificado. Ele é útil para a formação de um sinal e para a proteção de circuitos que recebem sinais. 2

3 LIMITADOR POSITIVO É um circuito que corta uma parte da tensão positiva do sinal. Conforme mostrado, a tensão de saída tem todos os semiciclos positivos ceifados. 3

4 LIMITADOR POSITIVO Durante o semiciclo positivo da tensão de entrada, o diodo conduz. Idealmente, a tensão na saída é zero; para uma segunda aproximação, ela é de aproximadamente 0,7 V. Durante o semiciclo negativo, o diodo está reversamente polarizado e aparece como uma chave aberta. Na maioria dos limitadores, o resistor de carga RL é pelo menos 100 vezes maior que o resistor em série, R. Por essa razão, a fonte é quase ideal e o semiciclo negativo aparece na saída. 4

5 LIMITADOR NEGATIVO É um circuito que corta uma parte da tensão negativa do sinal. Conforme mostrado, a tensão de saída tem todos os semiciclos negativos ceifados. 5

6 LIMITADOR POLARIZADO Com o limitador polarizado podemos mover o nível de ceifamento para um valor V + 0,7 ou V 0,7. 6

7 LIMITADOR POSITIVO POLARIZADO Quando a tensão de entrada for maior que V + 0,7, o diodo conduz e a saída é mantida em V + 0,7. Quando a tensão de entrada for menor que V + 0,7, o diodo abre e o circuito passa a ser um divisor de tensão. Como antes, a resistência da carga deve ser muito maior que a resistência em série, portanto, a fonte é quase ideal e toda a tensão de entrada aparece na saída. 7

8 LIMITADOR NEGATIVO POLARIZADO Quando a tensão de entrada for menor que - V - 0,7, o diodo conduz e a saída é mantida em - V - 0,7. Quando a tensão de entrada for maior que - V - 0,7, o diodo abre e o circuito passa a ser um divisor de tensão. Como antes, a resistência da carga deve ser muito maior que a resistência em série, portanto, a fonte é quase ideal e toda a tensão de entrada aparece na saída. 8

9 LIMITADOR POLARIZADO Podemos combinar limitadores positivos e negativos. O diodo D 1 conduz quando a tensão na entrada excede a V 1 + 0,7, esse é o nível de ceifamento positivo. De modo idêntico, o diodo D 2 conduz quando a entrada é menor que V 2-0,7, esse é o nível de ceifamento negativo. Quando o sinal de entrada for maior, isto é, quando V p for muito maior que os níveis de ceifamento, o sinal de saída adquire a aparência de uma onda quadrada. 9

10 VARIAÇÕES PARA O LIMITADOR POLARIZADO O uso de bateria para determinar o nível de ceifamento não é prático. Uma solução é o uso de diodos em série, porque cada diodo produz uma tensão de compensação de 0,7 V. Não há limite quanto ao número de diodos que pode ser usado e é prático, porque ele não é caro. 10

11 VARIAÇÕES PARA O LIMITADOR POLARIZADO 11

12 VARIAÇÕES PARA O LIMITADOR POLARIZADO 12

13 GRAMPEADOR Um Grampeador cc acrescenta uma tensão cc ao sinal. Por exemplo, se o sinal que entra varia de -10 V a +10 V, um grampeador cc positivo produzirá uma saída que excursiona idealmente de O a +20 V. Um grampeador cc negativo produziria uma saída entre O e -20 V.) 13

14 GRAMPEADOR POSITIVO No primeiro semiciclo negativo da tensão de entrada, o diodo conduz. No pico negativo, o capacitor deve-se carregar com V p com a polaridade mostrada. Imediatamente após o pico negativo, o diodo corta. A constante de tempo RC é feita deliberadamente muito maior que o período T do sinal de entrada. Por essa razão, o capacitor permanece quase totalmente carregado durante o tempo em que o diodo fica em corte. Para uma primeira aproximação, o capacitor age como uma bateria de V p volts. 14

15 GRAMPEADOR POSITIVO Como a queda no diodo em condução é de 0,7 V, a tensão no capacitor não é exatamente igual a V p. Por isso, o grampeador cc não é perfeito e os picos negativos são de -0,7 V. 15

16 GRAMPEADOR NEGATIVO O que ocorre se invertermos a posição do diodo no circuito anterior? A polaridade do capacitor é invertida e o circuito passa a ser um grampeador negativo. Tanto o grampeador positivo quanto o negativo são muito usados. Os receptores de televisão, por exemplo, usam um grampeador cc para acrescentar uma tensão cc ao sinal de vídeo. Em se tratando de televisão, o grampeador cc geralmente é chamado restaurador cc. 16

17 GRAMPEADOR NEGATIVO 17

18 MULTIPLICADOR O multiplicador de tensão é um circuito com dois ou mais diodos retificadores que produzem uma tensão média igual a um múltiplo do valor da tensão de pico (2Vp, 3Vp, 4Vp, etc.). 18

19 DOBRADOR DE TENSÃO DE MEIA ONDA No pico do semiciclo negativo, D 1 fica diretamente polarizado e D 2, reversamente polarizado. Idealmente, isso carrega o capacitor C 1 com tensão de pico, V p e com a polaridade mostrada na figura. No pico do semiciclo positivo, D 1 fica reversamente polarizado e D 2, diretamente polarizado. Como a fonte ca e C 1 estão em série, C2 tentará carregar até uma tensão de 2Vp. Depois de vários ciclos, a tensão em C2 será igual a 2Vp. 19

20 DOBRADOR DE TENSÃO DE MEIA ONDA Redesenhando o circuito e conectando uma resistência de carga, o capacitor descarrega pelo resistor de carga. Enquanto R L for de alto valor, a tensão de saída será igual a 2Vp (idealmente). Isto é, desde que a carga seja de baixo valor, ou alta resistência (uma alta constante de tempo), a tensão de saída será o dobro da tensão de pico da entrada. Essa tensão de entrada vem do enrolamento secundário de um transformador. 20

21 DOBRADOR DE TENSÃO DE MEIA ONDA No pico do semiciclo negativo D 1 será polarizado diretamente e D 2 polarizado reversamente. O capacitor C 1 será carregado com a tensão de pico da onda senoidal (V p ) menos a barreira de potencial do diodo, ou seja, V p V D. No pico do semiciclo positivo, D1 será polarizado reversamente e D2 polarizado diretamente. Como a fonte ca e C 1 estão em série, C 2 será carregado até uma tensão de 2V p 2V D. 21

22 DOBRADOR DE TENSÃO DE ONDA COMPLETA Durante o semiciclo positivo da fonte ca, o capacitor de cima carrega até o valor de pico com a polaridade mostrada. No próximo semiciclo, o capacitor de baixo carrega até o valor de pico com a polaridade mostrada. Para cargas leves, a tensão final é de aproximadamente 2Vp. 22

23 DOBRADOR DE TENSÃO DE ONDA COMPLETA O circuito é chamado dobrador de tensão de onda completa porque cada um dos capacitores de saída é carregado durante cada semiciclo. Dizendo isso de modo diferente, a saída da ondulação é de 120 Hz. Essa freqüência de ondulação é uma vantagem porque isso facilita a operação do filtro. Uma outra vantagem do dobrador de onda completa é que a tensão reversa nominal, PIV, dos diodos pode ser apenas maior que Vp. 23

24 TRIPLICADOR DE TENSÃO DE MEIA ONDA Pela conexão de outra seção no dobrador de meia onda, obtemos o triplicador de tensão. Os dois primeiros retificadores de pico funcionam como um dobrador. No pico do semiciclo negativo, D 3 fica diretamente polarizado. Isso carrega C 3 com 2Vp. A saída do triplicador aparece entre C 1 e C 3. 24

25 QUADRIPLICADOR DE TENSÃO DE MEIA ONDA Um quadriplicador de tensão com quatro retificadores de pico em cascata (um após o outro). Os três primeiros formam um triplicador e o quarto completa o circuito quadriplicador. O primeiro capacitor carrega com V p, todos os outros carregam com 2V p. A saída do quadriplicador é entre a conexão em série de C 2 e C 4. Como sempre, uma resistência de saída alta (alta constante de tempo) é necessária para que a saída se mantenha próxima de 4V p. 25

26 QUADRIPLICADOR DE TENSÃO DE MEIA ONDA Teoricamente, podemos adicionar seções indefinidamente, contudo, a ondulação piora a cada seção adicionada. É por isso que os multiplicadores de tensão não são usados nas fontes de alimentação de baixos valores, que são as mais encontradas. Os multiplicadores de tensão são quase sempre usados para produzir alta tensão, de centenas e até milhares de volts. 26

27 DETECTOR DE PICO A PICO Se você ligar um grampeador cc e um detector de pico em cascata (o mesmo retificador de pico), obterá um detector de pico a pico. A senóide de entrada é positivamente grampeada, logo, a entrada do detector de pico tem um valor igual a 2Vp. É por isso que a saída do detector de pico é igual a uma tensão média de 2Vp. 27

28 DETECTOR DE PICO A PICO 28

29 DETECTOR DE PICO A PICO O circuito é parecido com o dobrador de tensão de meia onda, exceto que a entrada não precisa ser obrigatoriamente senoidal. Por exemplo, a entrada pode ter uma forma de onda triangular que varia de -20 V a +50 V. Como sempre, a constante de tempo de descarga R L C deve ser muito maior que o período do sinal de entrada. Satisfazendo essa condição, você obtém um bom funcionamento do grampeador, assim como do detector de pico. A ondulação de saída será portanto pequena. 29

30 DETECTOR DE PICO A PICO 30

31 DECTOR DE PICO A PICO 31