Circuitos limitadores e dobradores de tensão Arquivo

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
 vi
 L
K
(1.60)
L – o valor dos limites inferior e superior;
K – o fator de proporcionalidade. K < 1  passivo e K > 1 
ativo. Se K = 1 e vi 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 rd do diodo usado produz ainda uma
saturação não constante. Em certos níveis do sinal de entrada a
queda de tensão VD0 também deve ser considerada.
Caso um dos limites seja
zero, tem-se que o circuito
limitador opera como os
retificadores
(meia-onda)
vistos anteriormente.
Figura 1.61 - Característica de transferência dos limitadores reais.
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 polari-
valor de transição
zação direta sempre que a tensão
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, C1D1 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 D2C2 retifica este sinal e retém (em C2) 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 Vp será retida em C2.
Circuito Dobrador de Tensão
Vp
0
-Vp
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 BOYLESTAD MALVINO
Pgs. 178 a 184
Pgs. 654 a 658 (Apêndice B)
Pgs. 12 a 127
Exercícios :
SEDRA :
BOYLESTAD :
MALVINO :
Exs. 38 – 39
Exs. 32 ao 41
Exs. 4.33 a 4.43
P. 206
Pgs. 91 – 93
Pg. 136