eletrônica aplicada - elt 4 grampeador

eletrônica aplicada - elt 4 grampeador

E-mail: eliesio@etrr.com.br

ELIÉSIO 1

ESCOLA TÉCNICAREZENDE-RAMMEL
NOMETURMA _ ANO _

Os circuitos grampeadores ou deslocadores de níveis possuem aplicações muito importantes em circuitos eletrônicos. Estes circuitos são utilizados também como restauradores de nível DC após acoplamento capacitivo.

Os circuitos grampeadores baseiam seu funcionamento na ação do diodo, porém, não modificam a forma de onda de entrada, apenas acrescentam um nível de tensão contínua ao sinal. Isto pode ser necessário quando as variações de um sinal devem ocorrer em torno de um nível C, ou quando, um determinado sinal que sofreu desacoplamento capacitivo, onde teremos a retirada de sua componente contínua, e esta deve ser restaurada.

DC0

-Vs

Para o perfeito funcionamento dos grampeadores analisados os valores dos resistores e dos capacitores nos circuitos devem ser altos.

Vs

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ELIÉSIO 2

Coloca o sinal em um determinado nível fazendo com que este tenha o menor valor como zero.

0

+Vp

Vi RC D

+2Vp

0

+Vp

Vamos considerar que o capacitor [C] está completamente descarregado quando é aplicado o primeiro semiciclo positivo de vi. Neste caso o diodo está cortado e, portanto, o capacitor [C] permanece praticamente descarregado, uma vez que a constante de tempo RC [τ] é muito maior que a duração do semiciclo de vi. [τ >> Τ ]ÆValor do resistor e do capacitor deve ser alto.

No semiciclo negativo, o diodo [D] ficará diretamente polarizado e com isto o capacitor [C] irá se carregar com o valor negativo de vi. [O capacitor irá se carregar através do diodo que na polarização direta apresenta uma resistência RF muito pequena, τ << Τ].

No próximo semiciclo positivo, o diodo [D] fica polarizado inversamente e o capacitor [C] permanece praticamente com sua carga total, devido à alta constante de tempo RC. Desta forma vo [tensão na saída] é igual à soma de vi [tensão do sinal aplicado] e vc [tensão no capacitor], uma vez que as tensões ficam em série em relação à saída.

-Vi

+ Vc

Desta forma, o capacitor é carregado durante o semiciclo negativo com valor de Vp [constante de carga pequena] e permanece carregado durante o semiciclo positivo [constante de descarga grande]. Se isto ocorre, o capacitor pode ser substituído teoricamente por uma bateria com tensão Vc.

Sob estas circunstâncias, para efeitos práticos, o diodo [D] está permanentemente cortado e a tensão no capacitor [C] é somada ao valor instantâneo de vi, refletindo esta soma em vo e conseguindo deslocar o eixo de referência de vi de zero para +Vc.

pela condução do diodo, provocando uma ondulação em vo

Para o caso real teremos sempre uma pequena descarga do capacitor e uma reposição desta carga vo

-Vi

+ Vc vo Vc = 2Vp

DÆ1N4007 RÆ1MΩ / ½W

CÆ100ηF /56V viÆ20Vpp / 1KHz

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ELIÉSIO 3

O circuito apresenta uma polarização no diodo [D] que troca de polaridade na carga do capacitor

[C] e, portanto, o sinal armazenado em C, somado com o sinal vi muda de polaridade no nível de referência. O eixo de referência desloca-se Vp volts em sentido negativo, ficando todos os valores de vo abaixo de zero.

0

+Vp

−Vp DR

-Vi

0

−Vp −2Vp

+ Vc

-Vi

A bateria de tensão VA proporciona uma tensão adicional que carrega o capacitor [C] com tensão praticamente constante. Esta tensão é equivalente à soma das tensões de pico e de VA, conseguindo, desta forma, um deslocamento adicional do eixo de referência.

0

+Vp

−Vp

+ VA4V 1/2W

R 1M

56VC 100nF

Vi 20Vpp

2Vp+VA 4V

A polaridade de vi está em oposição à de VA durante o semiciclo negativo. Este é o semiciclo de carga do capacitor [C]. Com isso, o capacitor [C] carrega-se com tensão menor que Vp [Vc = vi − VA], ficando vo com parte do semiciclo negativo com valores inferiores a zero.

0

+Vp

−Vp

+ VA 4V

1/2W

R 1M

56VC 100nF

Vi 20Vpp

2Vp−VA

0 − 4V vo vo ≅ −2Vp vo

+ Vc

-Vi vo Vc = −Vp

DÆ1N4007 RÆ1MΩ / ½W

CÆ100ηF /56V viÆ20Vpp / 1KHz vo vo

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ELIÉSIO 4

A forma de onda de vo tem uma variação negativa abaixo do nível de VA.

0

+Vp −Vp

+ VA 4V

1/2W

R 1M

56VC 100nF

Vi 20Vpp

0

Este grampeador coloca o nível de referência num valor positivo e o sinal é desenvolvido em nível abaixo deste valor.

0

+Vp −Vp

+ VA 4V

1/2W

R 1M

56VC 100nF

-1KHz

Vi 20Vpp

0

−2Vp+VA

• Os valores do capacitor [C] e do resistor [R] irão depender do período do sinal vi, pois a constante de tempo RC do circuito deve ser elevada em relação ao período do sinal. A constante RC do circuito é considerada grande em relação ao período do sinal quando; TRC10≥=τ.

• Desta forma teremos o tempo de carga através do diodo [τ = C•RF] pequeno e, o tempo de descarga através do resistor [τ = C•R].

• Por outro lado, ainda que o valor do resistor [R] tenha que ser grande para satisfazer o tempo de descarga, não é conveniente que seja excessivamente alto, para que o circuito responda bem às de amplitude da tensão de entrada; portanto, o valor do resistor deverá ter um compromisso que satisfaça estas situações. Para valores de frequência de vi da ordem de kHz, os valores do resistor de ficar em torno de 1MΩ.

• Os grampeadores ou deslocadores de nível acrescentam um nível DC a um sinal alternado, fazendo com que este sinal varie sobre esse valor DC.

• Chama-se polarizados quando, ao efeito do próprio grampeador, soma-se o de uma bateria para variar o nível de DC.

• O capacitor atua como uma bateria cuja tensão é igual à tensão de pico do sinal de entrada.

• Com a resistência conseguimos constante de tempo elevado para evitar a descarga do capacitor.

vo vo

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ELIÉSIO 5

NOMETURMA _ ANO _

01] Explicar por que a tensão nos extremos do capacitor num grampeador permanece praticamente constante.

02] Qual é a diferença entre um grampeador positivo e um negativo?

03] Dispomos de um grampeador negativo polarizado positivamente, em que vi=30Vpp e VA=3V. Desenhar a forma de onda de saída, anotando os valores importantes.

04] Desejamos que o mínimo valor alcançado por um sinal senoidal isento de DC seja de 7V positivos. A amplitude deste sinal é de 14V. Desenhar o circuito que satisfaça tal requisito, indicando a tensão e a polaridade da fonte DC. Caso seja necessário.

05] Apresente os diagramas esquemáticos e as formas de onde de saída para os grampeadores abaixo:

UseÆv i= 100mVe frequência de 1 kHz / VA = 6VDC / capacitor de 10ηF / resistor de 1,2 MΩ / diodo N4002

A] Grampeador positivo

B] Grampeador negativo

C] Grampeador de nível positivo polarizado positivamente

D] Grampeador de nível positivo polarizado negativamente

E] Grampeador de nível negativo polarizado negativamente F] Grampeador de nível negativo polarizado positivamente.

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