Diodo de Junção - 7 Cap. 3 Sedra/Smith Cap. 2 Boylestad Cap. 4 Malvino Limitadores, Grampeadores e Dobradores de Tensão Notas de Aula SEL 313 Circuitos Eletrônicos 1 1o. Sem/2016 Prof. Manoel
Circuitos Limitadores Tais circuitos são também conhecidos como Ceifadores por permitirem bloquear ou cortar certos níveis de tensão da fonte de excitação. Em geral tais circuitos apresentam uma característica de transferência semelhante ao diagrama mostrado a seguir. Figura 1.59 - Curva da característica de transferência de um limitador (ideal).
Circuitos Limitadores Para um limitador com a característica da figura 1.59, a tensão de saída, em relação à entrada, ficaria limitada entre : L K v i L K L o valor dos limites inferior e superior; (1.60) K o fator de proporcionalidade. K <1 passivo e K >1 ativo. Se K =1ev i é uma senóide o resultado de um limitador com característica tal como em 1.59 seria como a seguir. Figura 1.60 - Resultado de atuação de um limitador em uma senóide de entrada..
Circuitos Limitadores Nos circuitos limitadores reais ocorre uma transição suave entre o trecho linear e o trecho de saturação. O efeito da resistência dinâmica r d do diodo usado produz ainda uma saturação não constante. Em certos níveis do sinal de entrada a queda de tensão V D0 também deve ser considerada. Figura 1.61 - Característica de transferência dos limitadores reais. Caso um dos limites seja zero, tem-se que o circuito limitador opera como os retificadores (meia-onda) vistos anteriormente.
Circuitos Limitadores Em geral os circuitos limitadores são empregados como blocos ou módulos de proteção para outros circuitos. Por exemplo, para se prevenir eventual troca de polaridade da alimentação em um circuito, um bloco limitador com diodo provem uma solução satisfatória. A configuração de limitação é relacionada com a disposição topológica dos diodos usados no circuito, os quais devem conter elementos ativos como fontes de alimentações extras ou diodos tipo Zener. Com isto consegue-se atuar em diferentes níveis de limitação, Alguns exemplos de circuitos e respectiva curvas de característica de transição são indicadas a seguir :
Circuitos Limitadores Figura 1.62 - Exemplos de circuitos limitadores.
Circuitos Limitadores As duas configurações mostradas em 1.62-d e 1.62-e permitem a escolha dos limites em função da tensão V ou dos diodos Zener. Exemplo 11 Considere o circuito a seguir e respectiva excitação triangular. Admitindo modelo de diodo ideal, obter a forma de onda da tensão de saída em relação a excitação de entrada. Figura 1.63 - Exemplo 11 Circuito limitador.
Circuitos Limitadores. Solução : No circuito do exemplo 11, o diodo experimentará polarização direta sempre que a tensão valor de transição for inferior a 4V. No estado conduzindo e no caso de diodo ideal a tensão de saída é a mesma da fonte igual a 4V. Nos demais casos onde a tensão da fonte superar o valor 4V e polariza reversamente o diodo, o ramo da fonte 4V e diodo fica em aberto e a saída segue a tensão da fonte. Figura 1.64 - Resultado para o limitador do exemplo 11.
Circuitos Grampeadores Este circuito também é designado por Circuito Restaurador CC e isto é devido ao seu modo de operação de fixar ou grampear um nível CC ao sinal de entrada. O circuito básico do grampeador é dado a seguir associado com as formas de onda de entrada e saída em função de sua operação. Figura 1.65 - Circuito grampeador e operação.
Circuitos Grampeadores Nos semi-ciclos negativos o diodo conduz carregando o capacitor com a polaridade indicada. Nos semi-ciclos positivos o diodo entra em corte e a saída é vista como a soma do sinal da fonte e a tensão do capacitor. No caso acima o circuito grampeia a saída em 0V que é tensão mínima do diodo ideal. Adicionado-se baterias no ramo do diodo pode-se alterar os níveis de grampea-mento de tensão, tal como a seguir.
Circuitos Grampeadores Figura 1.66 - Circuito grampeador com deslocamento da saída.
Circuitos Grampeadores Para um caso real há que se computar a tensão de condução do diodo escolhido e a resistência de carga e/ou a impedância de entrada do circuito subseqüente. Dessa forma poderá ocorrer descarga do capacitor através de R durante os períodos em que o diodo se encontra cortado. Figura 1.67 - Efeito de carga no circuito grampeador.. RC Grande.
Circuito Dobrador de Tensão. Combinando-se um circuito grampeador com um retificador mais um capacitor obtém-se um circuito um circuito dobrador (de pico) de tensão. No caso a seguir, o primeiro estágio é o Grampeador e em seguida o Retificador meia-onda com o capacitor detector de pico. Figura 1.68 - Configuração do circuito dobrador de tensão.
Circuito Dobrador de Tensão. No circuito da Fig. 1.68, C 1 D 1 configura o Grampeador que no caso fixa a maior tensão positiva no ramo do diodo e será portanto 0V (diodo ideal). O sinal de entrada fica então deslocado para o lado do eixo negativo de tensão. O estágio seguinte D 2 C 2 retifica este sinal e retém (em C 2 )o valor de pico como um sinal CC com o dobro da amplitude da entrada. Devido à configuração indicada, uma tensão negativa com valor 2 V p será retida em C 2.
Circuito Dobrador de Tensão V p 0 -V p Figura 1.69 - Formas de onda do circuito grampeador ideal.
Circuito Dobrador de Tensão O circuito da figura 1.68 em caso de diodo real e ainda com efeito de carga irá apresentar pequenas diferenças nos valores de amplitude e ainda exibirá uma forma de onda com uma ondulação na saída em função da descarga do capacitor. Este nível de ondulação pode ser reduzido com um dobrador de tensão em topologia de onda-completa. Figura 1.70 - Circuito dobrador de tensão em onda completa.
Circuito Multiplicador de Tensão A combinação de n estágios grampeadores e retificadores pode ser agrupada de tal forma a produzir um multiplicador genérico de tensão. Um típico quadruplicador de tensão pode ser visto a seguir. Figura 1.71 - Circuito quadruplicador de tensão.
Outras Aplicações CARREGADOR DE BATERIAS : Os típicos carregadores de baterias automotivas se compõem de um retificador em onda-completa simples. O transformador permite o ajuste do nível de carga (corrente de carga) e consequentemente o tempo de carga. Figura 1.72 Carregador de baterias automotivas.
Outras Aplicações PROTEÇÃO PARA CARGA INDUTIVAS : O acionamento (liga-desliga) de cargas indutivas pode ocasionar arcos-elétricos que danificam os contatos dos dispositivos de comando. Uma solução pode ser conseguida com um diodo em paralelo com a carga indutiva provendo um caminho para descarga da energia magnética da indutância L Diodo de Roda-Livre. Figura 1.73 - Circuito de proteção para cargas indutivas Circuito Roda-Livre.
Outras Aplicações LIMITADOR DE SURTO : Quando se deseja eliminar surtos (elevações inesperadas) de sinal em determinados circuitos, uma estrutura de circuito limitador pode ser a solução. Figura 1.74 - Configuração para proteção de surtos.
Outras Aplicações LIMITADORES COM JANELA : Os circuitos limitadores podem funcionar em faixas específicas de tensões quando associados a baterias. Figura 1.75 - Circuito limitador.
Outras Aplicações PROTEÇÃO DE POLARIDADE : Determinadas configurações permitem a proteção contra troca de polaridade na alimentação de equipamentos sensíveis. Na reversão de polaridade haverá somente 0,7V reverso. Figura 1.76 - Configuração para proteção de polaridade.
Outras Aplicações PROTEÇÃO DE POLARIDADE : Forma alternativa que elimina qualquer possibilidade de tensão reversa no equipamento. Desvantagem : possível queda de tensão 0,7V no diodo. Figura 1.77 - Configuração alternativa de proteção de polaridade.
Outras Aplicações GERADOR DE TENSÕES DE REFERÊNCIA : Para se obter tensões de referência fixas, as associações de diodos permitem a produção de valores constantes e estáveis. Figura 1.78 - Circuito gerador de tensão de referência.
Bibliografia Conteúdo : SEDRA - Pgs. 178 a 184 BOYLESTAD - Pgs. 654 a 658 (Apêndice B) MALVINO Pgs. 12 a 127 Exercícios : SEDRA : Exs. 38 39 P. 206 BOYLESTAD : Exs. 32 ao 41 Pgs. 91 93 MALVINO : Exs. 4.33 a 4.43 Pg. 136