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Circuitos com Diodo
Parte 4
Leonardo B. Zoccal
(lbzoccal@unifei.edu.br)
ELT055 – Eletrônica Analógica I - *
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
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Limitadores
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Limitadores
Os circuitos limitadores (ceifadores ou clippers) apresentam como característica principal a habilidade de “ceifar” uma parte do sinal a ser processado enquanto deixa passar o restante deste sinal sem introduzir distorções.
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Limitadores
Normalmente, os circuitos limitadores são empregados com uma finalidade de proteção e operam com outros circuitos de baixa potência, razão pela qual são implementados com diodos de sinal.
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Limitadores
Os Limitadores podem ser divididos em duas classes:
Limitador Série
	No qual o diodo está em série com a carga.
Limitador Paralelo
	No qual o diodo está em paralelo com a carga.
É possível, ainda, deslocar os níveis de ceifamento através de uma fonte de tensão adicional o que torna os limitadores série e paralelo em Limitadores Polarizados.
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Limitadores
Análise de Circuitos Limitadores
 Analisar, mentalmente, a resposta do circuito baseado na posição do diodo e nas polaridades da tensão de entrada.
 O sentido do diodo sugere que o sinal vi deve ser positivo para ligá-lo. A fonte cc requer que a tensão vi, seja maior que V volts para ligar o diodo;
 A região negativa do sinal de entrada “desliga” o diodo, apoiado pela fonte cc.
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Limitadores
Análise de Circuitos Limitadores
 Determinar a tensão aplicada (tensão de transição) que causará uma mudança de estado no diodo.
O limiar de condução significa que VD  VT e que ID = 0
Transição de estado é vi = V 
(vi – V – vd – vo = 0)
 Para o diodo ideal esta condição ocorre em id = 0 e vd = 0;
 Para a segunda aproximação esta condição ocorre em id = 0 e vd ≈ 0,7V.
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Limitadores
Análise de Circuitos Limitadores
 Certificar-se sempre dos terminais do diodo e da polaridade de vo.
Quando o diodo está no estado de curto-circuito a tensão de saída vo pode ser determinada aplicando-se a lei de Kirchhoff para tensões no sentido horário:
vi – V – vo = 0 (sentido horário) e vo = vi – V
 Para tensões de entrada maiores que V diodo “ligado”;
 Para tensões de entrada menores que V diodo “desligado”.
Para o diodo aberto: vo = 0 V
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Limitadores
Análise de Circuitos Limitadores
 É sempre útil traçar o sinal de entrada acima da saída e determinar a saída a partir de valores instantâneos de entrada.
Em um valor instantâneo de vi, pode-se determinar o valor cc (instantâneo) correspondente da saída
vi > V (diodo em curto-circuito e vo = vi – V, com valor máximo de vo = Vm – V)
vi = V (diodo muda de estado)
vi < V (diodo aberto, vo = 0V) (vi = -Vm, vo = 0V)
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Limitadores
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Limitadores
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Grampeadores
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Grampeadores
Grampeadores, Deslocadores DC, Restauradores DC ou Clampers
Sua função principal é a de deslocar o nível DC do sinal de entrada para um valor diferente
Para a operação correta deste circuito é necessária a presença de um capacitor para que se possa armazenar cargas elétricas e, deste modo, garantir uma diferença de potencial nos seus terminais que será o nível DC de deslocamento.
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Grampeadores
Também é possível obter-se outros níveis de deslocamento com a inserção de fontes de tensão adicionais o que caracteriza um grampeador polarizado
A constante de tempo RC (t = RC) (R representa a carga do circuito e C o capacitor que armazena o nível DC) é fundamental
Esta constante deve ser projetada de tal forma que não ocorra uma descarga significativa do capacitor durante o intervalo de tempo em que o diodo não estiver conduzindo
Em considerações práticas, o valor de 5t é considerado grande o suficiente
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Grampeadores
Análise de Circuitos Grampeadores
 Iniciar a análise do circuito grampeador considerando o semiciclo do sinal de entrada que polariza o diodo diretamente.
Esta afirmação pode exigir que se pule um intervalo do sinal de entrada
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Grampeadores
Análise de Circuitos Grampeadores
 Durante o período de tempo em que o diodo estiver conduzindo, assumir que o capacitor se carrega instantaneamente para um nível de tensão determinado pelo circuito.
De 0 a T/2 o diodo estará “ligado”, “retirando” o efeito do resistor R. A constante R·C é pequena (R determinado pela resistência inerente do circuito) e o capacitor se carregará a V volts.
Durante esse intervalo, a saída está diretamente ligada em paralelo ao curto-circuito, e, portanto:
vo = 0 V
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Grampeadores
Análise de Circuitos Grampeadores
 Assumir que durante o intervalo de tempo em que o diodo estiver bloqueado o capacitor mantém a sua carga e, consequentemente, a tensão em seus terminais não varia. Uma consequência da constante de tempo RC citada anteriormente.
Agora que R está de volta ao circuito, a constante de tempo determinada pelo produto R·C é grande o suficiente para estabelecer um período de descarga 5·τ muito maior do que o período T/2 a T.
O capacitor mantém sua carga, e consequentemente, a tensão (V=Q/C) durante esse período.
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Grampeadores
Análise de Circuitos Grampeadores
 Durante a análise, tenha em mente a localização e a polaridade de referência de vo para assegurar que os valores apropriados para vo sejam obtidos.
–V –V –vo = 0
vo = –2·V
O sinal negativo resulta do fato de a polaridade de 2·V ser oposta à polaridade definida por vo
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Grampeadores
Análise de Circuitos Grampeadores
O sinal de saída é grampeado a 0 V para o intervalo de 0 a T/2, mas mantém a mesma excursão total (2·V) da entrada
A excursão total da saída é igual a excursão total do sinal de entrada
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Grampeadores
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Circuitos Multiplicadores de tensão são empregados para manter uma tensão de pico relativamente pequena no transformador, multiplicando a tensão de pico na saída por duas, três, quatro ou mais vezes a tensão de pico retificada.
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Dobrador de Tensão
Circuito dobrador de tensão de meia onda
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Dobrador de Tensão
Durante o meio ciclo de tensão positiva no transformador, o diodo D1 conduz (e o diodo D2 é cortado), carregando o capacitor C1 até a tensão de pico retificada (Vm). O diodo D1 deve ser um curto durante esse semiciclo, e a tensão de entrada carrega o capacitor C1 até Vm.
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Dobrador de Tensão
Durante o semiciclo negativo da tensão no secundário, o diodo D1 está cortado e o diodo D2 continua a carregar o capacitor C2. O diodo D2 age como um curto durante o semiciclo negativo.
– Vm – VC1 + VC2 = 0 (VC1 = Vm)
VC2 = 2·Vm
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Dobrador de Tensão
No semiciclo positivo seguinte, o diodo D2 não está conduzindo e o capacitor C2 descarregará através da carga.
Se não houver carga conectada em paralelo com o capacitor C2, ambos se manterão carregados (C1 em Vm e C2 em 2·Vm).
Se houver uma carga conectada na saída do dobrador, a tensão através do capacitor C2 sofrerá uma queda durante o semiciclo positivo, e o capacitor será recarregado até 2·Vm durante o semiciclo negativo.
A forma de onda na saída através do capacitor C2 é a de um sinal de meia onda filtrado por um capacitor. A tensão de pico inversa através de cada diodo é 2·Vm.
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Dobrador de Tensão
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Dobrador de Tensão
Se nenhuma corrente de carga for drenada do circuito, a tensão através dos capacitores será 2·Vm.
Circuito dobrador de onda completa
Se houver corrente de carga sendo drenada do circuito, a tensão através dos capacitores será a mesma que aquela através de um capacitor que é alimentado por um circuito retificador de onda completa.
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Circuitos
Multiplicadores de Tensão
Dobrador de Tensão
Semiciclo positivo
Semiciclo negativo
A tensão de pico reversa nos diodos será de 2·Vm
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Dobrador de Tensão
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Triplicador e Quaduplicador de Tensão
Primeiro semiciclo positivo (todos os capacitores descarregados inicialmente)
D1 e D3 chave fechada D2 e D4 chave aberta
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C1
+
-
+
-
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Triplicador e Quaduplicador de Tensão
Primeiro semiciclo negativo (todos os capacitores descarregados inicialmente)
D2 e D4 chave fechada D1 e D3 chave aberta
+
-
C1
+
-
+
-
+
-
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Triplicador e Quaduplicador de Tensão
Segundo semiciclo positivo (todos os capacitores descarregados inicialmente)
D1 e D3 chave fechada D2 e D4 chave aberta
+
-
C1
+
-
+
-
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Triplicador e Quaduplicador de Tensão
Segundo semiciclo negativo (todos os capacitores descarregados inicialmente)
D2 e D4 chave fechada D1 e D3 chave aberta
+
-
C1
+
-
+
-
+
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Triplicador e Quaduplicador de Tensão
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Triplicador e Quaduplicador de Tensão
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Triplicador e Quaduplicador de Tensão
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Circuitos Multiplicadores de Tensão
Triplicador e Quaduplicador de Tensão
A parte superior do enrolamento do transformador produz múltiplos ímpares de Vm e a parte inferior produz uma tensão de pico cujo valor é múltiplo par de Vm.
A tensão de pico reversa nos diodos será de 2·Vm
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