Eletrônica linear parte 1

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Eletrônica linear parte 1

  1. 1. Ivan King 1 Introdução - Diodos, FontesIntrodução - Diodos, Fontes
  2. 2. Ivan King 2 A eletricidade ⇒ movimento dos elétrons. Para uma lâmpada acender ⇒ elétrons se movimentam Idem para motores, campainhas, eletroímãs, transformadores ⇒ intensa participação dos elétrons. E o que são elétrons? um dos componentes básicos da estrutura da matéria ⇒ variam em número conforme a matéria sob análise. Os elétrons fazem parte dos ÁTOMOS, assim como prótons, nêutrons e outros componentes denominados de sub atômicos (quarks, mésons, pions, etc.).
  3. 3. Ivan King 3 Propriedades básicas da matéria ⇒ Isolantes e Condutores. Isolante ⇒ os elétrons praticamente não têm mobilidade nenhuma no seu interior Condutora ⇒ movimentação intensa. Isto acontece por causa das propriedades elétricas do átomo. O modelo tradicional do átomo apresenta um núcleo, composto dos prótons e nêutrons, e uma nuvem ao redor do núcleo composta pelos elétrons. Esta nuvem tem camadas, que são as camadas K, L, M, N, O, P e Q, denominada de eletrosfera, que tem a seguinte configuração máxima de elétrons em cada camada:
  4. 4. Ivan King 4 CAMADA Nº MÁXIMO DE ELÉTRONS K 2 L 8 M 18 N 32 O 32 P 18 Q 8
  5. 5. Ivan King 5 Diferentes átomos apresentam camadas na eletrosfera com quantidades diferentes de elétrons. O que faz uma matéria ser diferente de outra ⇒ distribuição de prótons, nêutrons e elétrons ⇒ fará a diferença entre um material e outro, um elemento químico e outro. Quanto mais elétrons existirem em um átomo ⇒ mais camadas existirão na eletrosfera ⇒ menor será a força de atração exercida pelo núcleo ⇒ mais livres serão os elétrons da última camada ⇒ mais instável eletricamente será o material ⇒ mais CONDUTOR de eletricidade ele será.
  6. 6. Ivan King 6 Quanto menos elétrons na eletrosfera ⇒ menos camadas ⇒ maior será a força de atração exercida pelo núcleo ⇒ menos elétrons livres na última camada ⇒ mais estável eletricamente será o material ⇒ mais ISOLANTE elétrico ele será. Condutores ⇒ componentes metálicos, como o cobre, a prata, o alumínio, o zinco, o latão, o ferro. Isolantes ⇒ ar seco, o vidro, a mica, a borracha, a madeira, o amianto, a baquelite.
  7. 7. Ivan King 7 E existe um grupo de materiais intermediário, que não são nem bons condutores nem bons isolantes ⇒ semicondutores ⇒ tem estrutura química cristalina, podendo sob certas condições se comportar ou como condutores ou como isolantes. Os semicondutores mais conhecidos ⇒ Silício e Germânio. Existem outros, que são resultado de combinações químicas, que apresentam características semicondutoras.
  8. 8. Ivan King 8 Os átomos se agrupam na natureza formando moléculas, que podem ser de um único átomo (Ferro) ou de átomos diferentes (Água – dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio). Se o átomo é estável ⇒ elétrons apresentam-se nas respectivas camadas ⇒ molécula também será estável (condutora, isolante ou semicondutora). Se o átomo é instável ⇒ irradia energia e perde seus elétrons ⇒ moléculas e o material são denominados de radioativos. O que determina a condutividade ou não ⇒ quantidade de camadas na eletrosfera. A última camada tem um nome especial: camada de VALÊNCIA.
  9. 9. Ivan King 9 As camadas internas uma vez completas, não se modificam, não cedem nem recebem elétrons. Observe que um elétron pode girar em torno de dois núcleos quando encontra os átomos simetricamente dispostos, e apenas os elétrons da camada de valência (os elétrons de valência) têm condições de participar de fenômenos químicos e elétricos. Assim na VALÊNCIA teremos um átomo estável quando este apresenta sua última camada (a de Valência) completa, ou seja, a primeira camada (K) possui os 2 elétrons e as restantes com no mínimo 8 elétrons. Essa camada de valência na natureza só se apresenta completa (com 8 elétrons) no caso dos gases nobres (argônio, criptônio, xenônio, hélio, etc.). E lembre-se: a órbita da camada de valência não pode sustentar mais de 8 elétrons.
  10. 10. Ivan King 10 ELETROVALÊNCIA ⇒ quando um átomo cede definitivamente um elétron para o átomo vizinho COVALÊNCIA ⇒ quando os átomos partilham seus elétrons na camada de valência, de modo a completá-las na molécula. Semicondutores ⇒ Silício e Germânio têm estrutura química cristalina ⇒ em sua camada de valência, 4 elétrons A última camada apresenta 8 elétrons ⇒ átomos formam ligações covalentes para atingir os 8 elétrons regulamentares, e assim formando uma estrutura cristalina. Cada átomo se encontra unido a 4 átomos vizinhos por uma ligação covalente ⇒ não há elétrons livres para a condução elétrica. Esses semicondutores ⇒ denominados de ÍNTRINSECOS.
  11. 11. Ivan King 11 A figura nos mostra o átomo de Silício. O núcleo e as duas primeiras órbitas formam sua parte central, que tem uma carga líquida de + 4 por causa dos 14 prótons no núcleo e os 10 elétrons nas duas primeiras órbitas. Veja que a órbita externa tem apenas 4 elétrons, o que nos diz que o silício é um semicondutor.
  12. 12. Ivan King 12 Para aparecer elétrons livres ⇒ teremos que romper essas ligações covalentes ⇒ aplicando energia suficiente para tal rompimento via luz, calor, etc.
  13. 13. Ivan King 13 Rompendo a ligação covalente ⇒ ocorrerá a liberação do elétron no espaço vazio ⇒ aparece uma lacuna ⇒ como uma carga positiva móvel que se movimenta de um lado a outro do cristal.
  14. 14. Ivan King 14 Ao longo do tempo ⇒ recombinação entre elétrons e lacunas (ou buracos), eliminando dessa maneira dois portadores móveis ⇒ nem o elétron livre nem a lacuna ficarão livres indefinidamente. Guarde esta informação, que será bastante útil mais adiante. ELEMENTOS TRIVALENTES ⇒ todo elemento químico que em sua camada de valência apresenta um total de 3 elétrons (Alumínio, Índio, Boro). ELEMENTOS TETRAVALENTES ⇒ todo elemento químico que apresenta em sua camada de valência um total de 4 elétrons. ELEMENTOS PENTAVALENTES ⇒ todo elemento químico que apresenta em sua camada de valência um total de 5 elétrons (Antimônio, Fósforo, Arsênio).
  15. 15. Ivan King 15 DOPAGEM ⇒ processo utilizado para a constituição de elementos semicondutores do tipo P ou N, através da adição junto ao Silício ou Germânio de quantidades bem reduzidas de impurezas. Entenda-se por impureza qualquer material que não é semicondutor. Se ao Ge (ou Si), que é material tetravalente, adicionarmos uma pequena quantidade de material trivalente ⇒ os elétrons desse elemento formarão ligações de valência com os elétrons do Ge ou Si O fato desse elemento ser trivalente ⇒ em uma das ligações covalentes faltará um elétron, pois esse elemento colaborou com apenas 3 elétrons, e assim haverá o aparecimento de uma lacuna (carga positiva), podendo entrar nesse espaço um elétron de uma outra união.
  16. 16. Ivan King 16 O elemento assim formado é denominado de P ⇒ excesso de lacunas, que são cargas positivas. Para formarmos o elemento N ⇒ impureza pentavalente ⇒ força aparecimento de um elétron que não estará realizando ligações ⇒ semicondutores são tetravalentes e a impureza pentavalente. Sobrando um elétron, carga negativa, o elemento é denominado de N ⇒ semicondutores EXTRÍNSECOS.
  17. 17. Ivan King 17 Um pedaço de semicondutor tipo N tem a mesma utilidade de um resistor de carbono, bem como o do tipo P. Mas se um fabricante dopa um cristal ⇒ metade dele seja do tipo N e a outra metade do tipo P, ocorre um fato novo: uma borda, entre os tipos n e p, que é chamada de JUNÇÃO PN. A figura ⇒ semicondutor tipo N, à direita, onde cada círculo com sinal positivo representa um átomo pentavalente e o sinal de menos é o elétron livre que foi fornecido para o semicondutor. No lado esquerdo da figura, visualizamos os átomos trivalentes e as lacunas do semicondutor tipo P, onde cada sinal de menos dentro do círculo representa um átomo trivalente e cada sinal de mais é uma lacuna na sua órbita de valência.
  18. 18. Ivan King 18 Observe que cada parte do material está eletricamente neutro ⇒ número de sinais de mais é igual ao de sinais de menos.
  19. 19. Ivan King 19 O que acontece se é produzido um material onde uma metade do cristal é do tipo N e a outra do tipo P? Haverá uma região de junção, que é a borda onde as duas regiões se encontram, e este cristal se denomina de DIODO DE JUNÇÃO. • Por causa da repulsão entre eles ⇒ elétrons livres no lado N tendem a se espalhar em todas as direções, e alguns deles se difundem através da junção. Quando elétron livre penetra na região P ⇒ se torna um portador minoritário, e com tantas lacunas ao redor, tem pouco tempo de vida, caindo em uma lacuna, que desaparece e este elétron passa a ser um elétron de valência.
  20. 20. Ivan King 20 Cada vez que um elétron se difunde pela junção ⇒ gerará um par de íons. Quando o elétron sai do lado N ⇒ deixa para trás um átomo pentavalente que é brevemente uma carga negativa, e passa a ser um íon positivo. Após a migração, o elétron cai em uma lacuna e faz com que o átomo trivalente que o capturou passe a ser um íon negativo. Cada par de íons positivo e negativo na junção é chamado de dipolo, e a cada geração de dipolos um elétron livre e uma lacuna saíram de circulação. Como o número de dipolos aumenta, a região próxima à junção fica vazia dos portadores, e a essa região chamaremos de camada de depleção. Cada dipolo possui um campo elétrico entre o íon positivo e o íon negativo. Assim, quando elétrons livres adicionais penetram na região da camada de depleção, este campo elétrico tenta empurra-los de volta para a região N.
  21. 21. Ivan King 21 A intensidade do campo elétrico aumenta à medida que os elétrons cruzam a junção, até que o equilíbrio seja atingido. Numa primeira aproximação, isto significa que este campo elétrico interrompe a difusão de elétrons por meio da junção. Este campo elétrico entre íons é equivalente a uma ddp que chamamos de barreira de potencial, e à temperatura de 25 °C é aproximadamente igual a 0,3 volts para diodos de Germânio e 0,7 volts para diodos de Silício. O valor dessa barreira de potencial depende da temperatura da junção, quanto maior mais elétrons livres e lacunas, que reduzirão a largura da camada de depleção, o que eqüivale a diminuir a barreira de potencial. Uma regra utilizada nos diz que a barreira de potencial diminui 2 mm para cada ºC de aumento de temperatura, seja Germânio ou Silício.
  22. 22. Ivan King 22 A figura acima mostra a foto de um diodo comercial típico e a de baixo mostra uma fonte alimentando a um diodo.
  23. 23. Ivan King 23 Na figura anterior temos a POLARIZAÇÃO DIRETA, onde o terminal negativo da fonte está ligado ao material do tipo N e o positivo ao material do tipo P. A corrente flui facilmente neste tipo de circuito, porque a bateria força os elétrons e lacunas a se moverem em direção à junção, pois quando os elétrons livres se movem para a junção, íons positivos são gerados na extrema direita do cristal, puxando elétrons do circuito externo para o cristal, ou seja, elétrons livres podem sair do terminal negativo da fonte e circular para a extrema direita do cristal. Esses elétrons entram na extrema direita do cristal, enquanto a massa de elétrons na região N move-se na direção da junção. A borda esquerda desse grupo em movimento desaparece quando atinge a junção, pelo efeito de recombinação com as lacunas.
  24. 24. Ivan King 24 Quando os elétrons desaparecem na junção eles se tornam elétrons de valência, e como tais se movem através das lacunas na região P. Ou seja, os elétrons de valência no lado P se movem afastando-se da junção. Quando os elétrons de valência alcançam o extremo esquerdo do cristal, deixam o cristal e passam para o circuito externo circulando até o terminal positivo da fonte. Esta análise foi feita levando em conta o sentido real da corrente elétrica, e não o convencional, marcado por uma seta na figura. Vemos que a corrente circula livremente em um diodo polarizado desta maneira, que é a POLARIZAÇÃO DIRETA.
  25. 25. Ivan King 25 Analisando a figura acima, vemos que a fonte está invertida em relação à análise anterior, ou seja, o terminal negativo da bateria está conectado ao lado P e o terminal positivo, ao lado N, na configuração que denominamos de POLARIZAÇÃO REVERSA. Nesta configuração, o terminal negativo atrai as lacunas e o terminal positivo, os elétrons livres, afastando-se da junção, aumentando a largura da camada de depleção. A corrente, assim, não circula.
  26. 26. Ivan King 26 Após a estabilização da camada de depleção, existe uma pequena corrente com a polarização reversa, pois a energia térmica gera pares de elétrons livres e lacunas incessantemente. Sempre existirão alguns poucos portadores minoritários nos dois lados da junção. Muitos se recombinarão com os portadores majoritários, mas aqueles dentro da camada de depleção podem não existir o suficiente para cruzar a junção. Quando isso ocorre, uma pequena corrente circula pelo circuito externo.
  27. 27. Ivan King 27 Suponha que a energia térmica tenha gerado um elétron livre e uma lacuna próxima da junção. A camada de depleção empurra o elétron livre para a direita, forçando um elétron a deixar a extrema direita do cristal. Essa lacuna extra no lado P admite a entrada de um elétron pela extrema esquerda do cristal, que cai na lacuna.
  28. 28. Ivan King 28 Energia térmica constantemente gera pares de elétrons e lacunas dentro da camada de depleção ⇒ aparece uma pequena corrente contínua pelo circuito externo. Essa corrente reversa provocada pelos portadores minoritários produzidos termicamente é chamada de corrente de saturação. É simbolizada por Ig,, e o nome saturação significa que não poderemos obter mais portadores minoritários do que os gerados pela energia térmica. Mesmo aumentando a tensão reversa, não aumenta o número de portadores minoritários gerados termicamente ⇒ ocorre exclusivamente em função da temperatura. Um diodo de silício apresenta uma corrente de saturação menor que um diodo de germânio com as mesmas formas e dimensões.
  29. 29. Ivan King 29 Os diodos apresentam tensões nominais máximas. Existe um valor limite da aplicação da tensão reversa que um diodo pode suportar antes de ser destruído. Aumentando a tensão reversa ⇒ atingirá a tensão de ruptura. Diodos de retificação ⇒ a tensão de ruptura é atingida além dos 50 Volts. Ao atingir a tensão de ruptura ⇒ enorme número de portadores minoritários aparece repentinamente na camada de depleção ⇒ diodo conduz fortemente. Esses portadores ⇒ gerados pelo efeito avalanche, que ocorre em tensões reversas altas. Existe pequena corrente reversa de portadores minoritários ⇒ o aumento da tensão reversa ⇒ provoca a aceleração dos portadores minoritários ⇒ colidem com os átomos do cristal.
  30. 30. Ivan King 30 Quando portadores minoritários adquirem energia suficiente ⇒ podem chocar-se e liberam elétrons de valência ⇒ produzem elétrons livres. Esses novos portadores minoritários ⇒ somam-se aos já existentes e colidem com outros átomos. O processo é geométrico ⇒ porque elétron livre libera um elétron de valência obtendo, portanto, dois elétrons livres. Esses dois elétrons livres ⇒ liberam mais dois elétrons, obtendo 4 elétrons livres ⇒ processo continua até que a corrente reversa se torne alta. A próxima figura ⇒ visão ampliada da camada de depleção. A polarização reversa força o elétron a se mover para a direita e, a medida em que se movimenta, adquire aceleração. Quanto maior a tensão reversa, maior será a aceleração.
  31. 31. Ivan King 31 Se a velocidade do elétron obtiver energia suficiente ⇒ arranca o elétron de valência do primeiro átomo e o leva para uma órbita maior. Isso resulta em dois elétrons livres, que aceleram e deslocam outros dois elétrons, tornando o número de portadores minoritários muito alto e fazendo o diodo conduzir intensamente.
  32. 32. Ivan King 32 Elemento linear: é aquele em que a variação de variável na entrada produz variação linear na saída. Elemento não linear: é aquele em que a resposta a uma variação linear na entrada não corresponde uma variação linear na saída Resistores são exemplos de variação linear: lei de OHM. Diodos (e demais semicondutores) são exemplos de variação não linear. Figura a seguir: exemplifica o citado.
  33. 33. Ivan King 33
  34. 34. Ivan King 34 A figura abaixo mostra o símbolo do diodo retificador e uma representação mostrando seu sentido direto de condução e o reverso. O fluxo da corrente (convencional) direta ⇒ ânodo para cátodo O ânodo é o lado P do diodo, e o cátodo o lado N. O símbolo lembra uma seta que indica o sentido convencional da circulação da corrente, de ânodo para cátodo.
  35. 35. Ivan King 35 O circuito elétrico da polarização direta é mostrado a seguir:
  36. 36. Ivan King 36 A figura mostra a curva elétrica do diodo:
  37. 37. Ivan King 37 O gráfico I x V do diodo ⇒ este é um dispositivo não linear. Acima da tensão de joelho, (para o diodo de Si ela é igual à barreira de potencial, aproximadamente 0,7 V, e para o de Ge, 0,3 V) a corrente aumenta rapidamente ⇒ pequenos aumentos de tensão provocam enormes aumentos de corrente Vencida a barreira de potencial tudo o que impede a corrente ⇒ resistência das regiões P e N, cuja soma é chamada de resistência de corpo do diodo. Em símbolos, rB = rp + rn Esta resistência depende do nível de dopagem e das dimensões das regiões P e N, ⇒ seu valor típico é menor que 1 Ω.
  38. 38. Ivan King 38 Diodo retificador ⇒ conduz bem na polarização direta e conduz mal na polarização reversa. Diodo retificador Ideal ⇒ funciona como um perfeito condutor (resistência zero) quando diretamente polarizado e como um perfeito isolante (resistência infinita) ao ser reversamente polarizado. Primeira aproximação:
  39. 39. Ivan King 39 Segunda aproximação:
  40. 40. Ivan King 40 Terceira aproximação ⇒ incluída a resistência de corpo, rB. A figura abaixo mostra o efeito de rB na curva do diodo ⇒ o diodo entra em condução ⇒ a tensão aumenta linearmente ou proporcionalmente com o aumento da corrente. Quanto maior a corrente ⇒ maior a tensão ⇒ a queda IR em rB aumenta a tensão total do diodo.
  41. 41. Ivan King 41 Circuito equivalente para esta terceira aproximação ⇒ chave em série com a barreira de potencial de 0,7 V e a resistência rB. Tensão aplicada maior que 0,7 V ⇒ diodo conduz. Tensão total no diodo ⇒ VD = 0,7 +IDrB.
  42. 42. Ivan King 42 Pergunta: qual a carga líquida do átomo de silício se ele perder um de seus elétrons de valência? E se perder todos os 4? – Resposta: inicialmente este átomo está neutro, pois possui 14 prótons e 14 elétrons. Se perder um elétron de valência, torna-se um íon positivo, com carga de +1; se perder os 4, é um íon positivo com carga de +4. Pergunta: se um cristal puro (intrínseco) de Si tiver um milhão de elétrons livres na sua estrutura interna, quantas lacunas devem existir? PERGUNTA: qual é a barreira de potencial de um diodo de Si quando a temperatura na junção for de 100 ºC? – Se a temperatura na junção for de 100 º C, a barreira de potencial diminui para (100 – 25) x 2 mV = 150 mV = 0,15 V, e seu valor passa a ser de Vb = 0,7 – 0,15 = 0,55 V.
  43. 43. Ivan King 43 PERGUNTA: um diodo de silício tem uma corrente de saturação de 5 nA e uma corrente de fuga de superfície de 10 nA. Qual a corrente reversa total quando a tensão reversa for dobrada para 30 V? A corrente de saturação permanece constante, uma vez que não houve variação de temperatura. Já a de fuga segue a lei de Ohm, se dobra a tensão ela irá dobrar também, e assim Is = 5 nA + 20 nA = 25 nA PERGUNTA: seja um diodo com rp = 0,13Ω e rn = 0,1Ω. Qual o valor de sua resistência de corpo (ou ôhmica)? PERGUNTA: seja Vs = 10V, Vd = 0,7V e R = 1 KΩ. Qual a corrente do diodo? PERGUNTA: a tensão no diodo 1N4001 é de 0,93 V quando a corrente é de 1A. Qual a potência dissipada no diodo?
  44. 44. Ivan King 44 PERGUNTA: usando o diodo ideal na figura abaixo, calcule a corrente na carga (a resistência), a potência na carga, a potência no diodo e a potência total. Este diodo está polarizado diretamente. Agora o substitua por uma chave fechada, e assim temos um simples circuito série com uma fonte de tensão de 10 Volts e uma resistência de carga de 1 KΩ. Calcule a corrente no circuito e depois a potência na carga, que será de 100 mW, no diodo será de 0 W e a total, que é a soma das duas, de 100 mW.
  45. 45. Ivan King 45 PERGUNTA: para o mesmo circuito, use a segunda aproximação e calcule os valores de potência na carga, no diodo e total. Visualizando o circuito como uma chave fechada e duas baterias em oposição, teremos I = 9,3 mA, VL= ILx RL = 9,3 V, VL = Vs – VD = 9,3 V, PL = 86,5 mW, PD = 6,51 mW e PT = PL + PD = 93 mW
  46. 46. Ivan King 46 Os diodos retificadores e de sinal ⇒ são os tipos de diodos mais comuns. Retificação ⇒ não é a única função de um diodo. Utilizar diodos de retificação e de sinal na zona de ruptura ⇒ os danificará. Diodo ZENER ⇒ componente de silício otimizado para operar na região de ruptura ⇒ diodo de ruptura ⇒ principal elemento dos reguladores de tensão ⇒ circuitos que mantém a tensão na carga quase constante, independentemente da alta variação na tensão de linha e na resistência de carga.
  47. 47. Ivan King 47 Símbolo esquemático do diodo zener e gráfico I x V do diodo zener:
  48. 48. Ivan King 48 Variando o nível de dopagem de um diodo de silício ⇒ diodos zener com tensões de ruptura de cerca de 2V até 200V Zener opera nas regiões ⇒ direta, de fuga e reversa. Na região direta ⇒ como um diodo comum ⇒ inicia condução perto dos 0,7 V. Na região de fuga ⇒ corrente nele é pequena e reversa. Num diodo zener ⇒ ruptura apresenta a curva do joelho muito acentuada, seguida de uma linha quase vertical em corrente. Observe que a tensão é quase constante, aproximadamente igual à Vz sobre a maior parte da região de ruptura. As folhas de dados geralmente especificam o valor de Vz em uma corrente particular de teste e IZT.
  49. 49. Ivan King 49 Zener operando na sua região de ruptura ⇒ apresentará uma pequena queda de tensão, produzida pela passagem da corrente por sua resistência de corpo e também a tensão de ruptura. Um aumento de corrente ⇒ produz um ligeiro aumento de tensão, da ordem de alguns décimos de Volts até 1 V. O citado acima é importante para projetos ⇒ não afeta quando se está verificando defeitos. Geralmente ignoramos a resistência zener.
  50. 50. Ivan King 50 Modo alternativo de desenhar o circuito com os pontos de terra: Se o circuito é aterrado, fica mais simples a obtenção de medição nos seus nós em relação à terra. A corrente sobre a resistência Rs é a diferença entre a tensão na fonte e a tensão no zener. Isto é a aplicação pura da lei de Ohm: Esta corrente é a mesma corrente que circula no zener. Porquê? Rs VzVs Is − =
  51. 51. Ivan King 51 Regulador Zener com carga – Zener com carga ⇒ opera na região de ruptura e mantém a tensão na carga constante. – garantia que esteja operando na região de ruptura ⇒ fórmula aplicada para garantir este aspecto é – Esta é a tensão que existe quando o zener é desconectado do circuito ⇒ deve ser maior que a zener, do contrário não ocorrerá a ruptura. Vs RlRs RL Vth • + =
  52. 52. Ivan King 52 – Quando o zener é desconectado do circuito resta um divisor de tensão que consiste de Rs em série com RL. – A corrente neste divisor é . – A tensão na carga sem o zener é igual à corrente anteriormente calculada multiplicada pela resistência da carga. Daqui em diante ⇒ zener opera na região de ruptura. Na figura ⇒ corrente no resistor em série é dada por corrente no resistor ⇒ é a mesma, haja ou não um resistor de carga. Em outras palavras, se você desconectar o resistor de carga, a corrente no resistor em série ainda será igual à tensão no resistor dividida pela resistência. RlRs Vs I + = Rs VzVs Is − =
  53. 53. Ivan King 53 Zener ⇒ também é chamado de regulador de tensão ⇒ mantém uma tensão na saída constante, embora a corrente nele varie. Para operação normal ⇒ polarizar o zener diretamente Para operar na ruptura ⇒ polariza reverso ⇒ tensão da fonte Vs deve ser maior que a tensão de ruptura zener. Um resistor Rs em série é sempre utilizado para limitar a corrente do zener num valor abaixo de sua corrente máxima nominal ⇒ zener queimaria
  54. 54. Ivan King 54 • Idealmente ⇒ tensão na carga RL é igual à tensão no zener, porque a resistência de carga está em paralelo com o zener ⇒ VL = VZ. • Assim ⇒ corrente na carga ⇒ Rl Vl IL =
  55. 55. Ivan King 55 no zener ⇒ Is = Iz + IL. Zener e a resistência de carga ⇒ em paralelo. Soma de suas correntes ⇒ igual à corrente total, que é a mesma do resistor em série ⇒ equação ⇒ Iz = Is - IL. Equação ⇒ a corrente no zener não é mais igual à corrente no resistor em série ⇒ por causa do resistor em série a corrente no zener agora é igual à corrente no resistor em série menos a corrente na carga.
  56. 56. Ivan King 56 PERGUNTA: qual o valor do resistor limitador de corrente do zener da figura dada? Supor o zener para regular 6V e potência de 400 mW – Vz = 6v; Pz = 0,4W – I = P/V ⇒ I = 0,4 / 6 = 66mA – R = V/I ⇒ R = 6 / 66m ≅ 90 Ω ⇒ valor comercial de 100 Ω
  57. 57. Ivan King 57 tabela ⇒ uma das séries de diodos zener muito usada: BZX79C – BZX79C2V1 ⇒ tensão de zener = 2,1 V – BZX79C12V ⇒ tensão de zener = 12 V
  58. 58. Ivan King 58 Energia elétrica no Brasil ⇒ 127 Vrms ou 220 Vrms, a depender da região, com uma freqüência de 60 Hz. VpVrms 707,0=
  59. 59. Ivan King 59 Tensão de linha ⇒ muito alta para a maioria dos equipamentos eletrônicos. Transformador ⇒ abaixa o nível da tensão para valores adequados ao funcionamento dos diodos, transistores e circuitos integrados.
  60. 60. Ivan King 60 Transformador sem carga ⇒ A bobina da esquerda é o enrolamento primário e tem N1 espiras, enquanto que a bobina da direita é o enrolamento secundário e tem N2 espiras. Linhas verticais entre as espiras ⇒ espiras estão enroladas em um núcleo de ferro.
  61. 61. Ivan King 61 A tensão induzida no enrolamento secundário ⇒ Se o transformador tem um coeficiente de acoplamento k próximo de 1 ⇒ bom acoplamento magnético ⇒ todo o fluxo magnético produzido no enrolamento primário penetra no enrolamento secundário. Enrolamento secundário com mais espiras que o enrolamento primário ⇒ tensão induzida no secundário maior que no primário ⇒ relação de espiras é maior que 1, o transformador é chamado de elevador. Enrolamento secundário com menos espiras que o enrolamento primário ⇒ tensão induzida no secundário menor que no primário. ⇒ relação de espiras é menor que 1 e o transformador é chamado de abaixador. 1 1 2 2 V N N V •=
  62. 62. Ivan King 62 Agora ⇒ resistência de carga ligada ao secundário do transformador. Por causa da tensão induzida no enrolamento secundário ⇒ existe uma corrente na carga. Se este transformador for ideal (k=1, sem perda de potência no enrolamento nem no núcleo) ⇒ potência da saída é igual à da entrada: P2 = P1, ou V2.I2 = V1.I1.
  63. 63. Ivan King 63 Vamos rescrever esta equação como Daí podemos escrever que Desta equação deduzimos Num transformador elevador, a tensão no secundário é maior que no primário, mas a corrente é menor, e vice-versa. DICA: – Toda vez que falarmos em relação de espiras, sempre se considera N2 / N1. 1 2 1 2 2 1 N N V V I I == 2 1 2 1 I N N I •= 1 2 1 2 I N N I •=
  64. 64. Ivan King 64 Capacitores ⇒ componentes que armazenam energia sob a forma de um campo eletrostático. Também resistem à mudanças de tensão sobre seus terminais. Deixam passar ⇒ altas freqüências, bloqueiam ⇒ baixas freqüências. Ou seja, deixam passar CA, não deixam passar CC. Dividem tensão. Sua unidade de medida: FARAD ⇒ representa a quantidade de energia que o capacitor pode armazenar. Quanto maior o valor da capacitância, maior a capacidade de energia que o capacitor armazena.
  65. 65. Ivan King 65 Reatância Capacitiva ⇒ oposição que um capacitor oferece ao fluxo de corrente alternada. Quanto > a capacitância < a reatância. Quanto > a freqüência < a reatância. Assim, a reatância é inversamente proporcional à freqüência e à capacitância. Sendo Xc a reatância capacitiva em Ω (ohms), π = 3,14, f a freqüência em Hertz (Hz) e C a capacitância em Farads (F), a equação abaixo nos exibe a expressão matemática da reatância capacitiva: fC2 1 Xc π =
  66. 66. Ivan King 66 Capacitores ⇒ elemento importante para a filtragem de correntes contínuas pulsantes. O circuito de filtragem ⇒ após o circuito de retificação. Circuito de filtro mais simples ⇒ figura. Durante meio ciclo ⇒ tensão nos terminais de entrada é positiva. Corrente flui em RLe em C.
  67. 67. Ivan King 67 Tensão de entrada cai a zero ⇒ capacitor começa a descarregar via RL ⇒ corrente de descarga mantém a tensão sobre RL. Desde que o circuito seja adequadamente projetado ⇒ capacitor do filtro descarrega pequena parte de sua energia antes de chegar o próximo pulso positivo. Capacitor se carrega ⇒ a cada pulso positivo
  68. 68. Ivan King 68 Saída da fonte de alimentação com filtro ⇒ figura. Linha pontilhada ⇒ saída do retificador sem o filtro. Linha cheia ⇒ tensão de saída filtrada.
  69. 69. Ivan King 69 Capacitor de filtro – Para projetar, é necessário escolher um capacitor que tenha valor suficiente para manter a tensão de ondulação com um valor pequeno. Mas quanto pequeno? Vai depender do valor do capacitor que você está tentando usar. – Com a diminuição da ondulação, o capacitor aumenta e torna-se mais caro. Já que há o compromisso entre uma pequena ondulação e um alto valor de capacitor, a maioria dos projetistas usa a regra dos 10%, que diz que você deve escolher um capacitor capaz de manter a tensão de ondulação pico a pico em aproximadamente 10 % da tensão de pico. – Se a tensão de pico for de 15V, escolha um capacitor que mantenha a tensão de ondulação de pico a pico em 1,5 V.
  70. 70. Ivan King 70 Retificadores sem filtro ⇒ cada diodo conduz a cada semiciclo Retificadores filtrados ⇒ cada diodo conduz por um tempo muito menor que o semiciclo. Quando a chave de alimentação é ligada pela primeira vez ⇒ capacitor está descarregado ⇒ leva apenas um quarto de ciclo para carregar até o valor de pico do secundário. Após esta carga inicial ⇒ o diodo conduz por breves momentos, próximo à tensão de pico ⇒ fica cortado durante o resto do ciclo. A fórmula a seguir ⇒ valor da tensão de ondulação expressa em valores do circuito: fC I Vr =
  71. 71. Ivan King 71 Vr ⇒ a tensão de ondulação pico a pico I ⇒ a corrente CC na carga f ⇒ a freqüência de ondulação C ⇒ a capacitância. Pressuposições em relação à tensão de ondulação de pico a pico ⇒ menor que 20% da tensão de carga. Acima desse ponto ⇒ não se deve usar esta equação, por inserir um alto valor de erro. O principal objetivo do filtro capacitivo é nos apresentar uma tensão cc estável ⇒ muitos projetistas escolhem valores de circuito que mantenham a tensão de ondulação na carga abaixo de 10%.
  72. 72. Ivan King 72 Fusíveis Em um transformador ideal, as correntes são dadas por . Com tal equação, você pode dimensionar o fusível para a proteção do circuito. Por exemplo, se a corrente na carga for de 1,5 A e a relação de espiras de 9:1, então teremos ou I1=0,167 Arms. Ou seja, o fusível deve ter o valor de 0,167 A, mais 10% no caso de aumento da tensão da linha, mais 10% aproximadamente para as perdas no transformador (que produzem um corrente extra no primário). Um fusível de 0,25 A portanto pode ser adequado, sua função é prevenir danos no circuito no caso de um curto circuito acidental. 1 2 2 1 N N I I = 9 1 5,1 1 = I
  73. 73. Ivan King 73 A figura a seguir ⇒ esquema em bloco de um processo de retificação de corrente,
  74. 74. Ivan King 74 o retificador de meia onda ⇓ No semiciclo positivo da tensão no primário ⇒ enrolamento secundário tem um semiciclo da senóide em seus terminais e com isso o diodo está polarizado diretamente. No semiciclo negativo da senóide no primário ⇒ enrolamento secundário tem também um semiciclo negativo em seus terminais, polarizando reversamente o diodo, e o semiciclo positivo aparecerá no resistor de carga, mas não o semiciclo negativo.
  75. 75. Ivan King 75 A figura mostra a tensão na carga, este tipo de forma de onda é chamado de sinal de meia onda, por que foi retirado o semiciclo negativo. A tensão na carga tem apenas os semiciclos positivos e com isto a corrente é unidirecional, circulando pois em um só sentido, sendo assim contínua pulsante. A freqüência do sinal de meia onda é igual à freqüência da linha, que é de 60 Hz. Período T é igual ao inverso da freqüência, e assim o período do sinal de meia onda tem o período de . Este é o intervalo de tempo entre o início de um semiciclo positivo e o início do próximo semiciclo positivo. msT 7,160167,060 1 ===
  76. 76. Ivan King 76 Se você ligasse um voltímetro cc no resistor de carga no circuito abaixo, ele indicaria uma tensão cc que pode ser escrito como Vdc= VP/Π = 0,318 Vp, onde Vp é o valor de pico do sinal de meia onda no resistor de carga. Por exemplo, se a tensão de pico fosse de 34 V, o voltímetro cc indicaria Vdc = 0,318 x 34 = 10,8 Vdc. Esta tensão cc é chamada algumas vezes de valor médio do sinal de meia onda, porque o voltímetro cc lê a tensão média de um ciclo completo.
  77. 77. Ivan King 77 O retificador de onda completa ⇒ tem uma tomada central no enrolamento secundário. Devido a este tap, o circuito é equivalente a dois retificadores de meia onda: O retificador superior retifica o semiciclo positivo de tensão do secundário, enquanto que o inferior faz o mesmo para o semiciclo negativo da tensão do secundário. O diodo superior conduz no semiciclo positivo e o inferior no negativo, e assim a corrente retificada na carga circula durante os dois semiciclos, de forma unidirecional.
  78. 78. Ivan King 78 A figura mostra um transformador com uma relação de espiras de 5:1. A tensão de pico no primário é igual a Vp1 = 120 / 0,707 = 170V. A tensão de pico no secundário é Vp2= 170/5 = 34 V. Como a tomada central está aterrada, cada semiciclo do enrolamento secundário tem uma tensão senoidal com um valor de pico de 34/2 = 17 V. Assim, a tensão de pico ideal na carga de apenas 17 V ao invés dos 34 V. Na figura temos a forma de onda de tensão na carga. Este tipo de forma de onda é chamado de sinal de onda completa. Por causa da lei de Ohm, a corrente na carga de 1 KΩ é também um sinal de onda completa com valor de pico de 17 mA.
  79. 79. Ivan King 79 Se conectarmos um voltímetro cc na resistência de carga, ele indicará uma tensão cc de 2Vp / Π que é equivalente a Vdc = 0,636 Vp, onde Vp é o valor de pico do sinal de meia onda na resistência de carga. Se a tensão de pico fosse de 17 V, a leitura seria de 10,8 Vcc. A freqüência do sinal de saída é o dobro da freqüência de entrada. Por que? Lembre-se da definição de um ciclo completo: uma forma de onda completa seu ciclo quando ela começa a repeti-lo. Como a tensão da linha tem um período de 16,7 ms, a tensão retificada na carga tem um período de 8,33 ms. A freqüência será de 120 Hz. Ou seja, a freqüência na saída é duas vezes a freqüência da entrada: fout = 2 fin.
  80. 80. Ivan King 80 Retificador de onda completa em ponte ⇒ com 4 diodos podemos eliminar a necessidade de uma tomada central aterrada. Vantagem ⇒ a tensão retificada na carga é o dobro daquela que teria o retificador de onda completa com tomada central.
  81. 81. Ivan King 81 No semiciclo positivo da tensão da linha ⇒ diodos 1 e 2 conduzem, produzindo um semiciclo positivo no resistor de carga. No semiciclo negativo da tensão de linha ⇒ diodos 3 e 4 conduzem, produzindo outro semiciclo positivo no resistor de carga. Resultado ⇒ sinal de onda completo no resistor de carga.
  82. 82. Ivan King 82 É possível encontrar no comércio uma ponte de diodos, conhecido como ponte de Graetz, que em um arranjo único substitui os 4 diodos em ponte para a retificação de onda completa
  83. 83. Ivan King 83 Este dispositivo de Graetz permite a construção do ROC, sem a necessidade de um transformador com Tap Central
  84. 84. Ivan King 84 Na figura vemos um transformador com relação de espiras de 5:1. – A tensão de pico no primário é igual a Vp1 = 120 / 0,707 = 170V. – No secundário, será Vp2 = 170 / 5 = 34 V. – A tensão total do secundário está aplicada aos diodos em condução que estão em série com o resistor de carga. – A tensão na carga tem o valor ideal de pico de 34 V, que é o dobro do retificador em onda completa anteriormente apresentado.
  85. 85. Ivan King 85 A forma de onda na carga ⇒ idêntica à do retificador de onda completa com tomada central. A freqüência do sinal retificado ⇒ 120 Hz. Lei de Ohm ⇒ corrente na carga de 1 KΩ é um sinal de onda completo com valor de pico igual a 34 mA. Se usarmos a segunda aproximação com o retificador em ponte ⇒ há dois diodos em série em condução com o resistor de carga durante cada semiciclo ⇒ deveremos subtrair a queda de dois diodos em vez de um apenas ⇒ a tensão de pico na segunda aproximação é Vp = 34 – (2x0,7) = 32,6 V. A queda adicional por causa deste segundo diodo ⇒ uma das poucas desvantagens do retificador em ponte. Vantagens ⇒ saída em onda completa, tensão ideal de pico igual à tensão de pico do secundário, e não necessidade de enrolamento secundário com tomada central. para converter a tensão CA em tensão CC adequada ao uso dos dispositivos semicondutores.
  86. 86. Ivan King 86 A tensão de saída de um retificador aplicada a uma carga ⇒ pulsante, em vez de estável. Durante um ciclo completo na saída ⇒ a tensão na carga aumenta a partir de zero até um valor de pico e depois diminui de volta a zero. Esse tipo de tensão CC não é a adequada para a maioria dos circuitos eletrônicos, e sim uma tensão estável ou constante, similar à produzida por uma bateria ⇒ precisamos de um filtro.
  87. 87. Ivan King 87 Filtrando o sinal de meia onda: – Diodo ideal como uma chave ⇒ colocamos um capacitor em paralelo ao resistor de carga. – Antes de ligar a alimentação ⇒ o capacitor está descarregado ⇒ tensão de carga é zero. – Durante o primeiro quarto do ciclo da tensão no secundário, ⇒ diodo está polarizado diretamente (funciona como uma chave fechada) ⇒ carrega o capacitor até o valor da tensão de pico Vp.
  88. 88. Ivan King 88 Logo após o pico positivo ⇒ o diodo para de conduzir (a chave abre). Por que? ⇒ capacitor tem uma tensão Vp. Como a tensão no secundário é ligeiramente menor que Vp, o diodo fica polarizado reversamente Com o diodo agora aberto ⇒ o capacitor descarrega através da resistência de carga. A constante de tempo de descarga (RLC) é muito maior que o período T do sinal de entrada ⇒ o capacitor perde apenas uma parte de sua carga durante o período em que o diodo estiver em corte.
  89. 89. Ivan King 89 Quando a tensão da fonte for atingir novamente o valor de pico ⇒ diodo conduzirá brevemente ⇒ recarregará o capacitor até o valor da tensão de pico ⇒ sua tensão será aproximadamente igual à tensão de pico do secundário. A tensão na carga agora é uma tensão CC mais estável, quase constante. A única diferença para uma tensão CC pura é a leve ondulação (ripple) causada pela carga e descarga do capacitor. Quanto menor, melhor. Ao se aumentar a constante de tempo de descarga RLC ⇒ se obtém isto.
  90. 90. Ivan King 90 Uso do retificador de onda completa, com tap central ou em ponte ⇒ freqüência da ondulação será de 120 Hz ao invés de 60 Hz ⇒ o capacitor é carregado duas vezes e descarrega-se apenas a metade do tempo, conforme figura abaixo ⇒ a ondulação é menor e a tensão de saída é mais próxima da tensão de pico.
  91. 91. Ivan King 91 PERGUNTA: a tensão de alimentação é de 120 Vrms. Qual é a tensão de pico? PERGUNTA: um transformador abaixador tem uma relação de espiras de 5:1. Se a tensão no primário for de 120 Vrms, qual a tensão do secundário? PERGUNTA: se um transformador tem relação de espiras de 5:1, e sua corrente de secundário for 1A, qual a corrente no primário?
  92. 92. Ivan King 92 O transformador tem uma relação de espiras de 5:1, e é ligado na rede comercial. Qual será a sua tensão de pico? – será de 170V. Qual a tensão de pico do secundário? – será de 34 V Qual a tensão de pico na carga? – igual a 34 V. e a RMS na carga? – 24 V
  93. 93. Ivan King 93 O retificador de onda completa abaixo tem uma tensão de entrada de 240 Vrms com uma freqüência de 50 Hz. Se o transformador abaixador tiver uma relação de espiras de 8:1, qual será a tensão na carga? E a freqüência de saída? – Vp1= 340V; – Vp2= 42,5V; – Vrl = 21,2V; – Fout = 100hz
  94. 94. Ivan King 94 Suponha que um retificador em ponte tenha uma corrente de carga de 10mA e uma capacitância de filtro de 470 µF. Qual a tensão de ondulação de pico a pico de um filtro com capacitor? O que você supôs para realizar este cálculo? Por que? – VR= 0,177 VP; f= 60 Hz; freqüência da rede de alimentação no Brasil. fCIVR =
  95. 95. Ivan King 95 O circuito da figura funciona normalmente, com uma tensão eficaz no secundário de 12,7 V, uma tensão na carga de 18 V e uma tensão de ondulação de 318 mV. Se o capacitor de filtro abrir, quais os valores de tensão que este defeito produzirá no circuito? – Se o capacitor de filtro abrir, o circuito passa a ser um retificador de onda completa sem filtragem. Se você usar um voltímetro ca para medir a tensão eficaz no secundário do transformador, ele deveria indicar 12,7 V, pois o defeito é mais adiante no circuito. Como não há filtro, a tensão na carga é um sinal de onda completo com um valor de pico de 18 V. Se o voltímetro cc for conectado à carga, ele deve indicar 11,4 V (63,6% de 18V). Se você usar um osciloscópio na carga, a forma de onda apresentada é uma onda senoidal completa retificada, com o valor de pico de 18 V, e valor médio de tensão de 11,4V.
  96. 96. Ivan King 96 Regulagem: medida da capacidade da fonte em manter a tensão de saída constante apesar da variação da carga. Parte não regulada de uma fonte de alimentação: transformador, retificador e filtro. A tensão alternada da entrada também pode variar. É necessária a obtenção de uma tensão de referência : queda de tensão constante sobre um diodo ZENER
  97. 97. Ivan King 97 A ondulação na carga ⇒ figura ⇒ a saída da fonte de alimentação alimenta um regulador zener. Esta fonte produz uma tensão média com uma ondulação. Idealmente, o zener reduz a ondulação a zero, porque a tensão na carga é constante e igual à tensão zener.
  98. 98. Ivan King 98 Exemplo ⇒ a fonte de alimentação produz uma tensão média de 20 V com uma tensão de ondulação de 2 Vpap. Tensão de alimentação ⇒ valor mínimo de 19 V até 21 V. A variação na tensão de alimentação ⇒ altera corrente no zener ⇒ não produz quase efeito nenhum na tensão da carga. Se levarmos em conta a pequena resistência do zener ⇒ existe uma pequena oscilação no resistor de carga ⇒ muito menor que a original vinda da saída da fonte de alimentação. O novo valor da tensão de ondulação é dado pela equação Esta equação ⇒ fornece um valor aproximadamente preciso da tensão de ondulação pico a pico ⇒ Origina-se da visualização do zener substituído por sua segunda aproximação. Em relação à ondulação ⇒ circuito age como um divisor de tensão formado por Rs em série com Rz. )()( entVr RzRs Rz saídaVr • + =
  99. 99. Ivan King 99 PERGUNTA: Vs = 18 V, Vz = 10 V, Rs = 270 Ω e RL= 1 KΩ. O zener está operando na região de ruptura? Desconecte “mentalmente” o zener, e o que resta é um divisor de tensão de 270 Ω em série com um resistor de 1KΩ. A corrente no divisor é mA K I 2,14 27,1 18 == Multiplique esta corrente pela resistência da carga para obter a tensão de Thèvenin, e teremos 14,2 mA x 1K = 14,2 V. Como esta tensão é maior que a tensão do zener, ele operará na região de ruptura quando for reconectado ao circuito.
  100. 100. Ivan King 100 PERGUNTA: qual o valor da corrente zener na figura? Is= 8/270 = 29,6 mA IL=10/1K=10mA Iz= 29,6 – 10 = 19,6 mA
  101. 101. Ivan King 101 PERGUNTA: considere 1N961 o zener na figura , cuja resistência é de 8,5 Ω, e seja Rs = 270 Ω, qual a tensão de ondulação na carga se a tensão de ondulação na fonte for de 2V? )()( entVr RzRs Rz saídaVr • + = mV61061,02 5,278 5,8 ==•=
  102. 102. Ivan King 102 PERGUNTA: o que faz o circuito na figura ? Circuito com pré-regulagem.
  103. 103. Ivan King 103 Calcule, para VP=120VRMS, VS=20VRMS, VZ=12V, R=1,2KΩ e diodos em 2ª aproximação: – relação de espiras; – tensões de pico no primário, secundário. Qual a tensão da carga? – Correntes no zener e na carga; – tensão de ondulação no filtro. V1 V2
  104. 104. Ivan King 104 VL=12V IL=12mA IZ ≈ 0,4mA 1 6 20 120 2 1 === N N V V S P P RMS P V ,, VP VP 170 7070 120 7070 ≈== P RMS P V ,, VS VS 28 7070 20 7070 ≈== PR V, x m C.f I V 430 47060 12 = µ ==
  105. 105. Ivan King 105 Outro modo de fazer a Regulagem ⇒ utilizando circuitos reguladores integrados. São colocados após o capacitor de filtro não é necessário o diodo Zener: este vem incorporado ao circuito
  106. 106. Ivan King 106 Os circuitos integrados básicos de Regulagem são encontrados com diversas tensões. A figura abaixo apresenta o circuito com o 78L05, de 5 volts.
  107. 107. Ivan King 107 O regulador integrado L200 é outro exemplo. Figura apresenta suas duas formas de encapsulamento.
  108. 108. Ivan King 108 Figura ⇒ circuito completo de fonte de alimentação estabilizada e regulada, ajustável. Capacidade máxima de corrente é de 3,5 A saída varia de 1,2 V à 25 V
  109. 109. Ivan King 109 Figura: Regulador de tensão chaveado – saída com tensão constante de 5 V. – CI precisa de um bom radiador de calor
  110. 110. Ivan King 110 Fonte simétrica: – tensão vai depender dos CIs reguladores – 7806 ⇒ + 6V, 7906, - 6 V – 7809, 7812, 7815 ⇒ + 9V, +12 V, +15 V – 7909, 7912, 7915 ⇒ - 9v, - 12 V, - 15 V – secundário com tensão pelo menos 2 V maior que a saída e corrente de 1 A.
  111. 111. Ivan King 111 OUTRAS APLICAÇÕES DE DIODOS Multiplicadores de tensão. – Circuito com dois ou mais diodos retificadores ⇒ produzem uma tensão média igual a um múltiplo do valor da tensão de pico (2Vp, 3Vp, 4Vp, etc...). – Essas fontes de alimentação ⇒ usadas em dispositivos de alta ou baixa corrente, como os tubos de raios catódicos.
  112. 112. Ivan King 112 – No pico do semiciclo positivo, D1 fica polarizado reversamente e D2, diretamente. Como a fonte ca e C1 estão em série, C2 tentará carregar até uma tensão de 2Vp, como mostra a figura da esquerda: – Colocando agora a resistência de carga RL, a figura da direita mostra que o capacitor descarregará por esta resistência de carga. Se a carga é de alta resistência, teremos uma alta constante de tempo (RLC) e a tensão de saída será o dobro da tensão de entrada, que vem do enrolamento secundário do transformador.
  113. 113. Ivan King 113 Dobrador de tensão de meia onda. – Abaixo o diagrama de um dobrador de tensão. – No pico do semiciclo negativo, D1 fica diretamente polarizado e D2, reversamente ⇒ o capacitor C1 carrega com tensão de pico Vp com a polaridade mostrada na figura
  114. 114. Ivan King 114 Utilidade ⇒ Para produzir altos valores de tensão (centenas de volts ou mais) ⇒ transformadores com altos valores de tensão no secundário ⇒ são volumosos e caros. É opção mais barata ⇒ ocupa menos espaço. Circuito ⇒ dobrador de meia onda porque o capacitor de saída carrega apenas uma vez durante um ciclo Freqüência de ondulação ⇒ 60 Hz.
  115. 115. Ivan King 115 Dobrador de tensão de onda completa ⇒ no semiciclo positivo da fonte ca ⇒ capacitor C1 carrega até o valor de pico com a polaridade mostrada. No próximo semiciclo ⇒ capacitor C2 carrega até o valor de pico com a polaridade mostrada. Para cargas leves, a tensão final ⇒ 2 Vp.
  116. 116. Ivan King 116 Dobrador de onda completa ⇒ cada um dos capacitores na saída é carregado durante cada semiciclo. Teremos uma ondulação de saída de 120 Hz. Desvantagem ⇒ falta de um ponto comum entre a entrada e a saída ⇒ o terminal do resistor de carga ⇒ a fonte fica em flutuação. No dobrador de meia onda ⇒ aterramento do resistor de carga é um ponto comum com um dos terminais da fonte ⇒ vantagem em certas aplicações.
  117. 117. Ivan King 117 Circuitos triplicadores e quadruplicadores de tensão ⇒ ação derivada da ação do dobrador e do triplicador, respectivamente. Em teoria ⇒ poderíamos adicionar seções indefinidamente ⇒ a ondulação piora a cada seção adicionada. Multiplicadores de tensão ⇒ não são usados nas fontes de alimentação de baixos valores, que são as mais comuns. Multiplicadores ⇒ utilizados para a produção de alta tensão, de centenas e até milhares de Volts.
  118. 118. Ivan King 118 Limitador (ou Ceifador). – Diodos utilizados nas fontes de alimentação ⇒ retificadores ⇒ potência nominal acima de 0,5 W ⇒ otimizados para o uso em 60 Hz. – Diodos de pequeno sinal ⇒ tem baixa potência (abaixo de 0,5W, e com correntes na ordem de mA até A) ⇒ são usados tipicamente em freqüências acima de 60 Hz. – Circuitos de pequenos sinais ⇒ limitador ⇒ corta uma parte do sinal de tensão acima ou abaixo de um valor pré-determinado. – Utilidade ⇒ formação de sinais ⇒ proteção de circuitos que recebem sinais.
  119. 119. Ivan King 119 Na figura ⇒ limitador positivo ⇒ o corte é feito na parte positiva do sinal ⇒ saída apresenta todos os semiciclos positivos cortados. • Durante o semiciclo negativo ⇒ diodo está reversamente polarizado e aparece como uma chave aberta. • Na maioria dos limitadores ⇒ resistência de carga RL é no mínimo 100 vezes o valor do resistor em série, RL.
  120. 120. Ivan King 120 A forma de onda de saída ⇒ cortada dos semiciclos positivos. Invertendo o diodo ⇒ teremos o corte dos semiciclos negativos. Usando a segunda aproximação ⇒ o valor do corte não se dá em 0V, mas sim próximo dos 0,7V, ou – 0,7V (Porque?). Limitador Polarizado – Valor do ceifamento ⇒ V+0,7 volts.
  121. 121. Ivan King 121 Tensão de entrada for maior que V+0,7 ⇒ diodo conduz ⇒ saída é mantida em V+0,7. Tensão de entrada for menor que V+0,7 ⇒ diodo abre e o circuito passa a ser um divisor de tensão. Resistência da carga ⇒ maior que a resistência série ⇒ fonte é quase ideal ⇒ toda a tensão de entrada irá aparecer na saída. A figura ⇒ combinação de limitadores positivo e negativo ⇒ saída uma onda com a aparência de uma onda quadrada.
  122. 122. Ivan King 122 Grampeador Positivo. – Grampeador positivo de corrente contínua ⇒ no primeiro semiciclo negativo da tensão de entrada ⇒ diodo conduz • No pico negativo ⇒ o capacitor se carrega com Vp, com a polaridade mostrada.
  123. 123. Ivan King 123 – Imediatamente após o pico negativo ⇒ o diodo corta, ⇒ a constante de tempo RLC é feita deliberadamente muito maior que o período T do sinal de entrada ⇒ o capacitor permanece quase totalmente carregado durante o tempo em que o diodo permanece em corte • Para uma primeira aproximação ⇒ capacitor age como uma bateria de Vp Volts ⇒ a tensão na saída é um grampeador de sinal positivo.
  124. 124. Ivan King 124 Na figura ⇒ sinal como ocorre normalmente ⇒ devido à queda de 0,7V do diodo em condução ⇒ tensão no capacitor não será exatamente de Vp ⇒ circuitos não são perfeitos ⇒ aparecendo picos negativos de – 0,7V. • Invertendo a posição do diodo ⇒ a polaridade do capacitor é invertida ⇒ circuito passa a ser um grampeador negativo. • Uso ⇒ receptores de TV ⇒ usam um grampeador cc para acrescentar uma tensão cc ao sinal de vídeo ⇒ restaurador cc.
  125. 125. Ivan King 125 figura ⇒ Mostra alguns tipos de diodos, com a identificação de seus terminais
  126. 126. Ivan King 126 No semi ciclo positivo ⇒ D2 e D3 conduzem, D1 e D4 em corte, e no semi ciclo negativo D1 e D3 estão em corte e D1 e D4 conduzem ⇒ corrente cc ou corrente média nestes diodos é metade da corrente cc na carga ⇒ ID = 0,5 IL esta corrente média é a corrente nominal do diodo ⇒ se o diodo tem corrente nominal ID = 1A, a corrente da carga IL não pode ser maior que 2 A.

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