ajudá-lo a entender a desvantagem do circuito retificador com derivação central. Qual especificação (mínima) do fusí- vel é necessária para a passagem da forma de onda de corren- te mostrada na Figura 1.64, que tem uma corrente média de 1 A? Dica: um fusível “queima” derretendo (por aquecimento I2R) um elo metálico ao ser percorrido por uma corrente es- tacionária maior do que a sua especificação. Suponha, para este problema, que a constante de tempo térmica para o elo fundível seja muito mais longa do que o intervalo de tempo da onda quadrada, isto é, que o fusível responda ao valor mé- dio de I2 ao longo de muitos ciclos.
C. Fonte Simétrica
Uma variação popular do circuito de onda completa com de- rivação central é mostrada na Figura 1.65. Ela mostra fontes simétricas (tensões positivas e negativas iguais), de que mui- tos circuitos precisam. É um circuito eficiente, pois as duas
metades da forma de onda de entrada são usadas em cada seção de enrolamento.
D. Multiplicadores de Tensão
O circuito mostrado na Figura 1.66 é denominado duplica- dor de tensão. Pense nele como dois circuitos retificadores de meia-onda em série. Ele é, oficialmente, um circuito reti- ficador de onda completa, pois ambas as metades da onda de entrada são usadas – a frequência de ondulação é o dobro da frequência CA (120 Hz para a tensão de linha de 60 Hz nos Estados Unidos e em outros países).
Existem variações desse circuito para triplicadores de tensão, quadruplicadores de tensão, etc. A Figura 1.67 mos- tra os circuitos duplicador, triplicador e quadruplicador que permitem aterrar um lado do transformador. Você pode es- tender esse esquema tanto quanto quiser, produzindo o que é denominado gerador de Cockcroft-Walton; ele é usado em aplicações secretas (tais como aceleradores de partículas) e em aplicações cotidianas (como amplificadores de imagem, ionizadores de ar, copiadoras laser e até mesmo mata-mos- quitos) que exigem uma alta tensão CC, mas pouca corrente.
1.6.5 Reguladores
Ao escolher capacitores que são suficientemente grandes, você pode reduzir a tensão de ondulação para qualquer nível dese- jado. Essa abordagem de “força bruta” tem três desvantagens.
+ entrada
CA
FIGURA 1.63 Retificador de onda completa usando o trans-
formador de derivação central.
FIGURA 1.64 Ilustração do aquecimento I2R maior com fluxo de corrente descontínuo.
entrada CA
terra
FIGURA 1.65 Fonte de polaridade dupla (simétrica).
+
+
+V
com carga
• Os capacitores necessários podem ser proibitivamente volumosos e caros.
• O intervalo muito curto do fluxo de corrente durante cada ciclo31 (apenas muito próximo à parte superior da forma de onda senoidal) produz mais aquecimento I2R. • Mesmo com a ondulação reduzida a níveis insignifi- cantes, você ainda tem as variações de tensão de saída devidas a outras causas. Por exemplo, a tensão de saída CC será aproximadamente proporcional à tensão de entrada CA, dando origem a flutuações provocadas por variações de tensão da linha de entrada. Além disso, alterações na corrente de carga continuarão a fazer a tensão de saída variar devido às resistências internas fi- nitas do transformador, diodo, etc. Em outras palavras, o circuito equivalente de Thévenin da fonte de alimen- tação tem R > 0.
A melhor abordagem para o projeto de fonte de alimentação é a utilização de capacitância suficiente para reduzir a ondu- lação a baixos níveis (talvez 10% da tensão CC) e, em segui- da, usar um circuito de realimentação ativo para eliminar a ondulação remanescente. Tal circuito de realimentação “olha
para” a saída, fazendo alterações em um resistor em série controlável (um transístor) conforme necessário para manter constante a tensão de saída (Figura 1.68). Isso é conhecido como “fonte de alimentação CC regulada linear”.32
Esses reguladores de tensão são usados quase uni- versalmente como fontes de alimentação para os circuitos eletrônicos. Atualmente, os reguladores de tensão comple- tos estão disponíveis em CIs de baixo custo (preço abaixo de 1 dólar). Uma fonte de alimentação construída com um regulador de tensão pode ser facilmente ajustável e auto- protegida (contra curtos-circuitos, sobreaquecimento, etc.), com excelentes propriedades como uma fonte de tensão (por exemplo, a resistência interna medida em miliohms). Abordaremos as fontes de alimentação CC reguladas no Capítulo 9.
1.6.6 Aplicações de Circuito com Diodos
A. Retificador de Signal
Há outras ocasiões em que você usa um diodo para fazer uma forma de onda de apenas uma polaridade. Se a forma de onda de entrada não é uma onda senoidal, você geral- mente não pensa nisso como uma retificação no sentido de uma fonte de alimentação. Por exemplo, você pode querer um trem de pulsos correspondentes à borda de subida de uma onda quadrada. A maneira mais fácil é retificar a onda diferenciada (Figura 1.69). Tenha sempre em mente a que- da direta (queda na polarização direta) do diodo de 0,6 V (valor aproximado). Esse circuito, por exemplo, não produz nenhuma saída para as ondas quadradas menores do que 0,6 V pp. Se isso for um problema, existem vários truques para contornar essa limitação. Uma possibilidade é usar diodos de portador quente (diodos Schottky), com uma queda direta de cerca de 0,25 V.
Uma solução de circuito possível para esse problema da queda de diodo finita é mostrada na Figura 1.70. Aqui, D1 compensa a queda direta de D2 fornecendo 0,6 V de po- larização para manter D2 no limiar da condução. O uso de
um diodo (D1) para proporcionar a polarização (em vez de,
digamos, um divisor de tensão) tem várias vantagens: (a) não há nada para ajustar, (b) a compensação será quase perfeita e (c) as variações da queda direta (por exemplo, com a varia-
31 Denominado ângulo de condução.
32 Uma variação popular é o conversor de potência chaveado regulado. Em-
bora o seu funcionamento seja muito diferente em detalhe, ele usa o mesmo princípio de realimentação para manter uma tensão de saída constante. Con- sulte o Capítulo 9 para saber muito mais sobre as duas técnicas.
+ dobrador triplicador + + + + + + + A. B. C. ac in ac in ac in quadruplicador car ga car ga car ga +
FIGURA 1.67 Multiplicadores de tensão; estas configurações
não necessitam de uma fonte de tensão flutuante.
+
regulador
terra in out
ção de temperatura) serão compensadas corretamente. Mais adiante, veremos outros exemplos de compensação de pares casados de quedas diretas em diodos, transistores e FETs. É um truque simples e eficaz.
B. Portas com Diodo
Outra aplicação de diodos, que conheceremos mais tarde sob o título geral de lógica, é passar a maior das duas tensões sem afetar a menor. Um bom exemplo disso é a bateria re- serva (backup), um método de manter algo funcionando (por exemplo, um chip de “relógio de tempo real” de um compu- tador, o qual mantém uma contagem de data e hora) mesmo quando o dispositivo está desligado. A Figura 1.71 mostra um circuito que faz esse trabalho. A bateria não faz nada até que a fonte de 5 V seja desligada; então, ela assume sem interrupção.
C. Diodo Ceifador
Às vezes, é desejável limitar o alcance de um sinal (isto é, evitar que exceda certos limites de tensão) em algum ponto em um circuito. O circuito mostrado na Figura 1.72 fará isso. O diodo impede a saída de exceder cerca de 5,6 V, não tendo efeito sobre tensões menores do que essa (incluindo tensões negativas). A única limitação é que a entrada não deve se tornar tão negativa a ponto de a tensão de ruptura reversa do diodo ser ultrapassada (por exemplo, 75 V para um 1N4148). A resistência em série limita a corrente do diodo durante a ação de ceifamento; no entanto, um efeito secundá- rio é que se adiciona 1 kΩ de resistência em série (no sentido de resistência equivalente de Thévenin) para o sinal, por isso o seu valor é um compromisso entre manter uma resistência
(Thévenin) de fonte baixa desejável e uma baixa corrente de ceifamento desejável. Diodos ceifadores são componentes padrão em todas as entradas na lógica digital CMOS con- temporânea. Sem eles, os circuitos de entrada delicados são facilmente destruídos por descargas de eletricidade estática durante o manuseio.