Eletrônica linear parte 1

Ivan King 1
Introdução - Diodos, FontesIntrodução - Diodos, Fontes

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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.).

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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:

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CAMADA Nº MÁXIMO DE ELÉTRONS
K 2
L 8
M 18
N 32
O 32
P 18
Q 8

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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.

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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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Para aparecer elétrons livres ⇒ teremos que romper essas
ligações covalentes ⇒ aplicando energia suficiente para
tal rompimento via luz, calor, etc.

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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.

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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).

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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.

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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.

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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.

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Observe que cada parte do material está eletricamente
neutro ⇒ número de sinais de mais é igual ao de
sinais de menos.

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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.

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.

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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.

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A figura acima mostra a foto de um diodo comercial típico e a
de baixo mostra uma fonte alimentando a um diodo.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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.

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.

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.

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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.

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O circuito elétrico da polarização direta é mostrado a seguir:

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A figura mostra a curva elétrica do diodo:

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.

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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:

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Segunda aproximação:

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.

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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.

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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.

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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?

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.

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

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.

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Símbolo esquemático do diodo zener e gráfico I x V do diodo
zener:

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.

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.

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
−
=

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 •
+
=

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
−
=

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

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 =

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.

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

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

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=

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.

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.

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 •=

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.

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 •=

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.

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
=

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.

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

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.

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.

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 =

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%.

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

Ivan King 73
A figura a seguir ⇒ esquema em bloco de um processo de
retificação de corrente,

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.

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
===

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

Ivan King 83
Este dispositivo de Graetz permite a construção do ROC, sem
a necessidade de um transformador com Tap Central

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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?

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

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

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 =

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.

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

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.

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 •
+
=

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.

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

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
==•=

Ivan King 102
PERGUNTA: o que faz o circuito na figura ?
Circuito com pré-regulagem.

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

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
==

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

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.

Ivan King 107
O regulador integrado L200 é outro exemplo.
Figura apresenta suas duas formas de encapsulamento.

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

Ivan King 109
Figura: Regulador de tensão chaveado
– saída com tensão constante de 5 V.
– CI precisa de um bom radiador de calor

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Ivan King 125
figura ⇒ Mostra alguns tipos de diodos, com a identificação
de seus terminais

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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