Circuitos Não Lineares para Formação de Ondas: Díodos e Transistores, Resumos de Desenho

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Resumo

•^

Circuitos não lineares de formatação de Ondas

-^

Circuitos Rectificadores de Precisão

Circuitos não lineares de formatação de Ondas

Díodose transístores podem ser combinados comresistências para sintetizar dipolos comcaracterísticas de transferência não linear.Tais dipolos podem ser utilizados paraformatação de ondas, ou seja, mudando aonda de entrada de forma a produzir umadeterminada onda de saída. Um exemploque será apresentado é o formatadorde onda sinusoidal. O formatador de onda

sinusoidal é utilizado extensivamente em geradores de ondas. Apesar ososciladores lineares produzirem ondas sinusoidais de alta pureza, não sãoconvenientes a baixas frequências. São também, em geral, mais difíceis desintonizar numa gama de frequência alargadas. A figura mostra um circuitonão linear para converter uma onda triangular numa onda sinusoidal.

Circuitos não lineares de formatação de Ondas^ Considerando a secção do sinal de entrada entre 0 e 1: quando o sinal é menorem amplitude do que

V^1

, nenhum dos díodos conduz e a saída é igual à

entrada. Quando a tensão de entrada aumenta para

V^1

e^ D

(considerando a 2

queda de tensão no díodo nula) começa a conduzir. Então para

vI^

>^ V

1

vO^

=^ V

v − I^

V )^1

R 5 R +^4

R^5

Isto implica que quando a entrada aumenta acima

V^1

a saída segue com um

ganho mais reduzido. Foi assumido que a resistência no divisor de tensão sãosuficientemente pequenas para que as tensões

V^1

e^ V

sejam constantes 2

independentemente da corrente vinda da entrada.Quando a tensão atinge o ponto do segundo

breakpoint

determinado por

V^2

então

D^1

conduz limitando a saída

vO

a^ V

dando origem ao terceiro segmento 2

que é plano. Para tensões negativas o processo é simétrico.

Circuitos não lineares de formatação de Ondas^ Estes circuitos produzem resultados muito bons em termos DistorçãoHarmónica Total (THD). THD é a razao, em percentagem, do valor eficaz detodas as componentes harmónicas em relação à fundamental.A THD é baixa também pelas características não ideais da curva

i^ −

v^ dos

díodos no joelho da curva de condução, que dá origem a uma transição suaveentre segmentos.Aplicações práticas do formatador empregam seis a oito segmentos.

Circuitos Rectificadores de Precisão^ Circuitos de rectificação são usados no desenho de fontes de alimentação.Nessas aplicações as tensões a amplificar são muito maiores que a queda detensão nos díodos e despreza-se a queda de tensão nos díodos.Mas nos casos de aplicações de instrumentação a amplitude pode ser muitopequena sendo impossível aplicar circuitos rectificadores convencionais.Alem disso os circuitos têm que ter características de transferência muitoprecisas.Circuitos que combinam díodos e amplificadores operacionais paraimplementar uma variedade de circuitos rectificadores com característicasprecisas serão estudados a seguir.

Circuitos Rectificadores de Precisão

Rectificador de meia onda - O SuperDíodo Se^

v for I^ positivo, a tensão de saída

vA

será positiva e o díodo

conduzirá, estabelecendo uma realimentação negativaentre a saída do amplificador operacional e o terminalde saída negativa. Esta realimentação negativacausará um curto-circuito virtual entre os doisterminais de entrada. Por isso a tensão no terminal deentrada negativa que é também a tensão de saída

vO

será igual (com uma precisão de alguns milivolts) aoterminal de entrada positivo. Então

vO

=^

vI^

v > I^

Para o circuito operacional operar,

vI^

tem que

exceder só uma tensão muito pequena igual à queda de tensão no díododividido pelo ganho do amplificador operacional em malha aberta. Acaracterística

vO

−^ v

passa quase pela origem. I

Circuitos Rectificadores de Precisão

Um circuito alternativo Estecircuito não apresenta as desvantagens do anterior.Parauma tensão positiva

v , o díodo I^

D^2

conduz e fecha

a malha de realimentação à volta do amplificadoroperacional. Assim existirá massa virtualna entrada e a saída do AmpOp estará a

0.^7

V

e^ v^0

=^

0 V^

uma vez que

D^1

estará inversamente

polarizado e não haverá corrente através de

R^2

Circuitos Rectificadores de Precisão

Um circuito alternativo Quando

vI^

é negativo,

o terminal inversor do amplificador operacionalficará ligeiramente negativo ficando a saída positiva. D^2

fica polarizado inversamente e ao corte. O díodo D^1

conduzirá e fechará a malha de realimentação ficando a entrada do amplificador operacionalem massa virtual. A corrente de entrada passará por R. Se^2

R^1

=^

R^2

a tensão de saída

vO

=^

− v

,^ I

v^6 I^

O declive da curva de transferênciapode ter o valor desejado variando

R^1

e^ R

A maior vantagem do rectificador de meia onda é que a malha derealimentação está sempre fechada operando o amplificador operacional nazona linear (evitando o tempo de comutação de saída do amplificador dasaturação).

• p. 11/

Circuitos Rectificadores de Precisão^ Rectificador de onda completa^ Um circuito para rectificação de onda completa de precisão está representadona figura. Enquanto

DA

rectifica as semi-ondas positivas o amplificador com

ganho -1 em conjunto com o díodo

DB

rectifica as semi-ondas negativas,

invertendo-as, resultando na onda C.Pode-se substituir o díodo

DA

por um superdíodo e o amplificador inversor e

DB

por um rectificador de meia onda inversor do acetato 11 (excluindo o díodo

D^2

Circuitos Rectificadores de Precisão

Rectificador de onda completa Considerando uma entrada positivaem A. A saída de

A^2

(E) ficará positiva,

D^2

conduzirá através de

RL

fechando a malha

de realimentação. Um curto-circuito virtualserá estabelecido entre os terminais de entradade^

A^2

e a tensão no terminal negativo, que é a tensão de saída serão iguais. Não haverácorrente a passar por

R^1

e^ R

(pois diferença 2

de tensão é nula nos seus terminais).

A^1

satura uma vez que o terminal

inversor de

A^1

estará a uma tensão positiva e

D^1

estará ao corte.

Circuitos Rectificadores de Precisão

Um rectificadorem ponte para aplicações de precisão Este circuito faz passar pelo galvanómetrouma corrente

| vA

|^ / R

. Por isso o galvanómetro

dá uma leitura que é proporcional à médiado valor absoluto da tensão de entrada

vA

As não idealidades do amperímetro e dos díodossão atenuadas colocando a ponte na malhade realimentação do amplificador operacional.A malha mantêm-se fechada para todos os

valores de

vA

O circuito fornece um voltímetro com relativa precisão e alta impedância deentrada.

Circuitos Rectificadores de Precisão

Detectores de Pico de precisão Para

vI^

maior que a tensão de saída, o díodo conduz fechandoa malha de realimentação.A saída seguirá a entrada com o

amplificador operacional a carregar o condensador até o sinal de entradachegar ao pico.Para uma tensão de entrada abaixo da tensão de pico o amplificador saturaránegativamente e o díodo ficará ao corte.A inclusão duma resistência de carga é essencial para o circuito detectaroutros picos de amplitude mais baixa uma vez que permite a descarga docondensador.

Circuitos Rectificadores de Precisão^ Restaurador DC^ Se

vI^

é uma onda quadrada com excursão entre um valor negativo e positivo então a saída é a soma da tensão negativa (dessa excursão) somada à ondaquadrada.Quando

vI^

é negativo (parte negativa da onda quadrada)

C^

carrega com essa

tensão pois o amplificador operacional está na zona activa e tem tendência amanter a massa virtual no terminal negativo.Quando

vI^

é positivo o operacional fica saturado negativamente (

D^1

fica ao

corte) e a tensão de saída é a soma de

vI^

com a tensão antes armazenada em

C. – p. 19/