Eletrônica Analógica, Ceifador

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ – UNIFEI

CAMPUS ITABIRA

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

CAIO RAMOS FREITAS - 30891

ELISA CORRÊA DE FARIA - 30492

THALLES RODRIGUES RIBEIRO – 28384

NWORKS – ELETRONICS SOLUTION

PROBLEMA 4 – CIRCUITOS GRAMPEADORES E CEIFADORES

PROFESSOR: RENAN FERNANDES KOZAN

TURMA: T1 e P3

ITABIRA – MG

2015

Resumo

Com o avanço dos estudos, havia a necessidade de modificar certos tipos de circuitos e não era possível, pois faltava um pouco de conhecimento a respeito de diodos. Neste problema será abordado o funcionamento de circuitos ceifadores ou limitadores, e também de circuitos grampeadores. Os circuitos ceifadores são circuitos de meia onda, ceifando parte da onda, seja ela negativa ou positiva e também é possível com o uso de uma fonte CC estabilizar o corte, caso a tensão ultrapasse será automaticamente cortada. Os circuitos grampeadores são circuitos que utilizam capacitores para que se consiga “grampear”, ou seja, elevar ou diminuir a tensão para uma faixa estável de acordo com o necessário, sendo esta toda positiva, toda negativa, ou ambas; para os circuitos “grampeadores” é necessária à organização dos componentes em paralelo para que a tensão seja a mesma, deve-se atentar também para os cálculos, para que eles sejam feitos com a intenção de saber qual a melhor configuração de capacitor, para isso deve-se calcular o tempo de descarga, ou seja, o seu τ (tau). Através destes circuitos podemos manipular não só a tensão, como também a corrente e também funcionando como chave para o circuito, onde a mescla desses arranjos resultaria na elaboração de circuitos elétricos mais complexos.

Introdução teórica

Desde então, com a utilização dos diodos conseguimos retificar os sinais de uma fonte (ondas senoidais), para que assim possamos controlar sua amplitude, e tensão CC^[1] que passará no sistema, mas existem outros dois conceitos na qual abordaremos são esses: ceifadores e grampeadores.

Circuitos ceifadores são chamados assim por terem a capacidade de “ceifar” uma porção do sinal de entrada sem distorcer o restante da forma de onda alternada (BOYLESTAD e NASHELSKY, 2009), ou seja, eles cortam o sinal a uma determinada tensão, sendo esta limitada com o auxílio de um resistor.

[pic 1]

Figura 1 - Exemplo de como será o circuito para "ceifar" semicírculo negativo e o positivo

 

De acordo com as imagens podemos ver cortes tanto no sentido positivo, quanto negativo da onda, assim vai do interesse do responsável pelo projeto saber qual onda ceifar. Ceifadores são basicamente retificadores de meia onda, pois estes também ceifam certos tipos de onda basta somente saber encontrar a aplicação adequada.

Para que um circuito tenha tensão regulada para saber em qual ponto deverá ser ceifada necessita-se do auxílio de uma fonte de tensão CC para que fixe o ponto de corte que podemos ter uma ideia com a figura abaixo.

[pic 2]

Figura 2 - Exemplo de sistema regulador de tensão, para o qual a tensão será regulada para V2

Existem também circuitos grampeadores, de acordo com (BOYLESTAD e NASHELSKY, 2009), são circuitos que “grampeiam” o sinal em um valor CC diferente. Temos um circuito que precisará de um diodo, capacitor, resistor e uma fonte CC para que se necessário realizar um deslocamento adicional. Tem-se também que calcular o valor do tempo de carga, na qual τ = RC , onde deve-se escolher os valores de R e C para que seja o suficiente para que a tensão através do capacitor não se descarregue significantemente durante o intervalo que o diodo não estará conduzindo. Podemos afirmar que o tempo para descarga do capacitor será de cinco constantes de tempo (5τ).

[pic 3]

Figura 3 - Exemplo de uma onda quadrada e um circuito grampeador

BOYLESTAD e NASHELSKY, 2009, afirmam que em “circuitos grampeadores a excursão da saída é igual à excursão total do sinal de entrada”, ou seja, o valor pico a pico da tensão de entrada será igual ao valor tensão de saída, este valor poderá ser no sentido positivo, negativo ou ambos.

[pic 4]

Figura 4 - Exemplo de grampeador, colocando a tensão negativa

Logo, como podemos notar esse tipo de circuito realoca a onda de tensão, permanecendo o mesmo valor de pico a pico. Durante o período que o diodo está “ligado”, presumiremos que o capacitor estará sendo carregado e quando o diodo estiver “desligado” o capacitor atuará mantendo a tensão estabelecida para o sistema (levando em consideração que cálculos foram efetuados para se encontrar os componentes corretos para o necessário).

Materiais

Para a construção de um circuito de condicionamento do sinal de entrada foram necessários os seguintes materiais.

• 1 transformador de 220V/110V para 32V/16V com tap central
• 2 resistores de 10KΩ para o divisor de tensão
• 1 resistor de 43KΩ
• 1 resistor de 100Ω
• 1 capacitor de 4,7µF
• 2 diodos 1N60
• 1 fonte de 5V
• Gerador de função
• Protoboard

Metodologia

• Antes de ser projetado e montado o circuito de condicionamento de sinal, foi necessário reduzir a tensão que chegaria a esse circuito, então foi utilizado o calculo de divisor de tensão:

[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

Sendo R1 = R2, basta que os resistores sejam iguais para se obter a queda da metade da tensão da fonte. Nesse caso foram adotadas resistências de 10KΩ como forma de segurança, pois elas suportam um valor de corrente mais alta, evitando assim a queima dessas resistências para o divisor de tensão.

• A primeira parte do circuito de condicionamento seria projetar um grampeador, pois com um grampeador à forma de onda de entrada não seria alterada, somente seria modificada. Para o projeto do circuito grampeador o primeiro passo necessário seria definir o τ (tau), que seria a constante de tempo. Essa constante representa o tempo que o capacitor leva para estar totalmente descarregado. A constante de tempo utilizada nesse circuito foi igual ao período da onda de entrada do circuito, que seria:

[pic 8]

[pic 9]

A partir desse valor foi encontrado o valor do capacitor a partir da formula: