Eletrnica Aplicada-Prof RmuloSumario21. AMPLIFICADOR OPERACIONAL1.1.Introduo Oamplificadoroperacional(AO)umdispositivoemcircuitointegrado(CI) quetemgrandesaplicaesemtodasasreasdaeletrnica(filtros, aplicaes lineares, aplicaes no lineares, udio, controle, operaes aritmticas, etc). Como o circuito interno muito complexo toda a analiseser feita considerando o modelo (circuito equivalente) mostrado nafigura 1.1b, o qual adequado para a maioria das aplicaes.Afigura 1.1amostraosmbolodoAOeafigura 1.1bocircuito equivalente simplificado.( a )( b )Fig1.1: Amplificador operacional Smbolo e circuito equivalenteNa figura 1.1,V1 a tenso aplicada na entrada no inversora e V2 a tenso aplicada na entrada inversora.Vi = V1 V2 o sinal erro ou sinal diferenaRi a resistncia de entrada sem realimentao RO a resistncia de sada sem realimentao Av o ganho de tenso em malha aberta (ganho sem realimentao)Semnenhumacargaligadanasada,VS=AvVi=Av.(V1 V2),isto,oAOpodeser consideradobasicamentecomoumamplificadordiferencial,poisasadaresponde somente diferena entre as duas tenses de entrada, se V1=V2entoVS =0.Um AO idealmente deveria ter as seguintes caractersticas:a) Resistncia de entrada infinitab) Resistncia de sada nulac) Ganho de tenso em malha aberta infinitod) Largura de faixa infinitoe) Ausncia de offset na sada (Vs=0 se V1 = V2 )f) Slew rate infinitoNa pratica, considerando oAO 741, os valores valemaproximadamente:

a) Ro= 75b) Ri= 1Mc) Av=100.000d) LF= 8HzEletrnica Aplicada-Prof Rmuloe) Vio=2mVf) SR=0,7V/sExistem vrios tipos de amplificadores operacionais, um para cada tipo de aplicao,O AO mais simples e mais conhecido 741, o qual pode ter dois tipos de encapsulamento, o DIP(Dual In Line Package) e o TO-99, sendo o DIP de 8 pinos o mais usual. Para maiores detalhes consultar o manual. A fugura a seguir mostra dois CIs em encapsulamento DIP, o741 eoMC 1458 o qual consiste de um par de 741 encapsuladosem um mesmo chip.

( a ) ( b )Fig1.2: Encapsulamento Dual inline -DIP ( a )741 ( b ) 14581.2. Amplificador Operacional em Malha AbertaMalha aberta significa que no existe realimentao (sada conectada com um das entradas), nessa condioatenso na sada dada por:VS=AV.(V+ V-)onde AV o ganho em malha aberta, sendo tipicamente igual a 100.000 no caso do 741,V+a tenso na entrada no inversora e V-a tenso na entrada inversora. Desta forma se na figura 1.3a, na entrada no inversora a tenso 3V e na entrada inversora 0V e considerando um ganho de 100.000 a sada ser:Vs=100.000.(3-0)=300.000V!!Pinagem do 14581- Sada AO A2- Entrada Inversora AO A3- Entrada No Inversora AO A4- -VCCAO A e B5- Entrada No Inversora AO B6- Entrada Inversora AO B7- +VCCAO A e BPinagem do 7411. Ajuste de offset2. Entrada Inversora3. Entrada No Inversora4. -VCC5. Ajuste de offset6. Sada 7. +VCC8. NC (No conectado)Eletrnica Aplicada-Prof RmuloObviamente que no ser essa a sada, pois a mxima tenso esta limitada alimentao, nessas condies dizemos que a sada satura. Se a alimentaosimtricafor 12V a sada ser aproximadamente +12V. ( a ) ( b )( c )Fig1.3: Amplificador operacional em malha abertaNo outro caso, figura 1.3b,V+=0e V-=3Va sada tambm satura, porem negativamente e em um valor um pouco menor, aproximadamente -12V. No terceiro caso, figura 1.3c,teoricamente a sada ser nula, mas devido s imperfeies do circuito interno a sada ser diferente de zero.Monte esse Circuito: Amplificador Operacional em Malha AbertaMonte o circuito da figura 1.4 e mea, com um multmetro digital, a tenso na sada(pino 6).( a )Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo( b )Fig1.4: Montagemdo amplificador operacional em malha aberta ( a ) circuito ( b ) layout na matriz de pontosMea a tenso de sada para cada uma das situaes:- Entrada no inversora com -3V (basta inverter os terminais da bateria) e inversora com 0V- Entradainversora com 3V e noinversora com 0V.- Entrada inversora com -3Veno inversora com 0V.Circuitos Bsicos Oscircuitosqueseroestudadosaseguir soconsideradosbsicos,pois deles derivam a maioria das outras aplicaes.1.3.1. Amplificador Inversor um circuito com realimentao negativa, obtida atravs da rede deresistores R2 e R1.A realimentao negativa pois a sada se conecta coma entrada inversora. Todas as aplicaes lineares obrigatoriamente devem ter realimentao negativa.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig1.5.: Amplificador inversorPara a deduo das expresses do ganho vamos considerar:1.Que o ganho de malha aberta infinito, isto , AV = VS/Vi = infinito,logo Vi = Vs/AV = 0, isto , o ponto A tem o mesmo potencial do terra (dizemos que o ponto A um terra virtual).2. Tambm consideraremos que Ri infinito e em conseqncia I1 = I2 (a corrente nas entradas do AO so nulas).Feitas as consideraes acima relativas figura 1.5 obtemos:Ve = R1.I1 e VS = - R2.I2 portanto AVf = VS/Ve = - R2.I2/R1.I1e como I1 = I2 AVf = - R2/R1O sinal negativo indica defasagem de 180 entre Ve e VS .A resistncia de entrada do circuito dada por Rif = R1 ( a resistncia efetivamente vista pela fonte Ve).A resistncia de sada que a carga RL enxerga quando olha para o AO dada por:Como podemos observar um valor extremamente baixo.Exerccios ResolvidosExResol 1.1. Calcule VS e a corrente de sada do AO (IAO) no circuito.12R AR RRVOOf..=Eletrnica Aplicada-Prof RmuloSoluo:Ve =1V AVf = - 4K7/1K = -4,7 logo Vs = AVf.Ve = -4,7.1V = - 4,7VIL = -4,7V/10K = - 0,47mA( para cima) e IAO = I1 + I2 = 1mA + 0,47mA = 1,47mA( entrando no AO )Simulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_001.CIRExResol1.2. Para o circuito a seguir pedem-se:a) Desenhar os grficos de Vsxt e Vext para o circuito b) Desenhar a curva caracterstica de transferncia (VsxVe)se a tenso de saturao dada VSat=12VVe = 1.senwt(V)Soluo:a) AVf = Vs/Ve = -10 logo Vs = -10.1.senwt = -10.senwt(V)Formas de ondaEletrnica Aplicada-Prof Rmulob) Acurvadetransfernciadequalquerdispositivo relacionaavarivelde entradacomavariveldesada.Porexemplo,emummotoravarivelde entradapodeseratensonoenrolamentoasadaarotaonoeixo. No nosso caso a entrada uma tenso e a sada tambm.Acurvadetransfernciabasicamentearepresentaogrficadaequao VS=10.Vedentrodaregiolinear,isto,parasaturar(atingir12Vnasada)a entrada deve valer 1,2V.Matematicamente escrevemos:VS= -10.Ve valido para -1,2VVe 1,2VSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_002.CIREletrnica Aplicada-Prof RmuloMonte esse Circuito: Amplificador Operacional em Malha Fechada Amplificador Inversor Monte o circuito da figura a seguir na matriz de pontos, medindo a tenso de entrada (as duas pilhas em serie)e a de sada, em seguida calculeo ganho. Obs: No circuito, VE a tenso VCC(-9V) e VC a tenso +VCC(+9V).( a )( b )Fig1.5: Amplificador inversor ( a ) circuito ( b ) layoutSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo Experincia AO_02.CIRInverta a polaridade da entrada e mea novamente a sada. Os valores medidos so prximos do esperado?1.3.2.Amplificador No InversorNesse circuito a tenso de sada estar em fase com a de entrada, figura 1.6. Comopodemos observara realimentao continua ser negativa, mas o sinal a ser amplificado aplicado na entrada no inversora.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig1.6: Amplificador no inversorAsmesmasconsideraesfeitasparaoamplificadorinversor tambmserofeitas paraaobtenodaexpressodo ganhocomrealimentao(AVf=Vs/Ve),logopodemos escrever:Ve = R1.I1 e VS = (R1 + R2 ).I1 o ganho com realimentao ser dado por:AVf = VS/Ve = (R1 + R2).I1/R1.I1 = (R1 + R2 )/R1 ouAVf = 1 + R2/R1A resistncia de entrada com realimentao do circuito muito alta sendo dada por:E a resistncia de sada muito baixa sendo dada por:Monte esse Circuito: Amplificador Operacional em Malha Fechada Amplificador No Inversor Monte o circuito da figura a seguir na matriz de pontos, medindo a tenso de entrada(as duas pilhas em serie)e a de sada, em seguida calculeo ganho (Vs/Ve).Verifique se o valor est prximo do valor terico especificado pelas resistncias R1 e R2.( a )( b )Fig1.7.: Amplificador No Inversor ( a ) circuito ( b ) layoutVfV iifAA RR.=VVfO OfAAR R . =Eletrnica Aplicada-Prof RmuloInverta a polaridade da entrada e mea novamente a sada. Os valores medidos so prximos do esperado?1.3.3. BufferUmcircuitoderivadodoamplificadornoinversorobufferouseguidordetenso o qual obtido a partir da figura 1.6 fazendo-se R1=infinito (circuito aberto) eR2=0 (curto circuito) resultando o circuito da Fig1.8.Fig1.8: Seguidor de tenso (buffer)Este circuito caracterizado por ter ganho de tenso igual a 1, altssima resistncia de entrada e baixssima resistncia de sada, sendo calculadas respectivamente por:Como podemos notar muito alta.Como podemos notar um valor extremamente baixoA principal aplicao de um circuito buffer isolar um circuito que tem alta resistncia de sada de uma carga de baixo valor.Monte esse Circuito: Amplificador Operacional em Malha Fechada - BufferMonte cada um dos circuitos da figura 1.9na matriz de pontos, medindo a tenso na carga de 1K e na entrada (3V). Divisor de tenso: Vcarga=________ Buffer:Vcarga=________ v i ifA R R . =voofARR =Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo ( a ) ( b )Fig1.9: ( a ) circuito com alta resistncia de sada conectado em baixa resistncia ( b ) Buffer interfaceando circuito com alta resistncia de sadae carga de valor baixo( a )Fig1.10: ( a ) layout na matriz de pontos do circuito da figura 1.9a ( b ) layout na matriz de pontos do circuito da figura 1.9bExerccios ResolvidosExResol 1. 3. Determinar VS no circuito.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_003.CIRSoluo:A tenso de entrada do circuito VK KV KVe210 22 2=+=.como o ganho (1+R2/R1) igual a 2a sadaser igual a:VS = 1.2V = 4VExResol 1.4.Qual a mxima amplitude que pode ter a tenso de entrada Ve para que a sada no sature distorcendo a senoide de sada ?Vsat = 10VSoluo:Amximaamplitudedesada10V,comooganhoAVf=1+10K/1K=11a mxima amplitude da entrada ser :Vemx = Vsmx/11 = 10V/11 = 0,91VSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_004.CIRExResol 1.5. - Qual o valor de Ventr que resulta numa sada (Vsaida) igual a 8V no circuito ?Eletrnica Aplicada-Prof RmuloSoluo:O ganho do 2 estgio AVf2 = 4logo a tenso de entrada do 2 estgio ser:Vs1=VS/AVf2=8V/4=2VO ganho do 1 estgio AVf1 = -2logo a tenso de entrada do 1 estgio, que a tenso de entrada do circuito ser:Ve = VS1 = 2V/-2 = -1V.Simulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_005.CIRExResol 1.6. - Qual o valor de R para que VS = 6V ?Soluo:A tenso no ponto A igual tenso no ponto B (a corrente atravs do 10K nula).Como o ganho do segundo AO vale 2,com VS =6V a tenso na entrada (ponto B) ser igual a:VB = 6V/2 = 3V. O 1 AO um buffer, a sua tenso de sada (VA) igual tenso deentrada (V+), portanto :V+ =R.10V/(R + 10K) = 3V R = 943 OhmsSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_006.CIREletrnica Aplicada-Prof Rmulo1.4. Sada de PotnciaA mxima corrente de sada de um AO (no caso do 741) aproximadamente 20mA,quandoacarga solicitarumacorrentemaior,necessriocolocarentrea cargaeoAOumreforadorde correntequeemgeralumtransistorna configurao coletor comum. A figura 1.11a um circuito no-inversor com sada de potncia. O circuito da figura1.11btem reforo de correntee permite que a entrada seja alternada(nosemiciclopositivo conduzTR1enosemiciclonegativoconduz TR2).

( a )( b )Fig1.11: Amplificador no-inversor com sada de potncia ( a ) entrada CC ( b ) entrada CAExerccios ResolvidosExResol 1.7. No circuito pede-se calcular: a) Corrente na carga b) Corrente na sada do AOc)Potncia dissipada na carga. Dado: | =200Soluo:I1 = VR1/R1 =5V/10K =0,5mA = I2 VR2 = 10K.0,5mA = 5Vcomo VL = VR1 + VR2 = 5 + 5 = 10V IL = 10V/100O = 0,1A = 100mA.b) IE = I2 + IL = 0,5 + 100 = 100,5mA ~IC IAO =IB = IC/| = 100,5mA/200 ~ 0,5mAc) PDRL = VL.IL = 10V.0,1 A = 1W a potncia dissipada transistor calculada porPDTR = VCE.IC = 5V.0,1 A=0,5W.Simulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_007.CIREletrnica Aplicada-Prof RmuloExResol 1.8. Calcule a potncia dissipada na carga RL.Ve = 1senwt(V)Soluo:No semiciclo positivo conduz TR2 e TR1 corta, e considerando o valor de pico daentrada (1V), a corrente em 1K e em 10K ser I =1V/1K =1mA resultando umatenso na carga de Vs = AVf.Ve = (-10).1V = -10V de forma que a corrente na carga ser igual a IL =-10V/20O = -0,5 A (para cima). No semiciclo negativo as correntes invertem de sentido e agora quem conduz TR1 , e TR2 corta.Ve: Semiciclo positivo Ve: Semiciclo negativo A tenso de pico na carga VP =10V como uma tenso senoidal o seu valor eficaz Eletrnica Aplicada-Prof RmuloVV VVPicoRMS07 72102, = = =Portanto a potncia dissipada na carga ser( )WVPRMSD5 , 010007 , 71002 2= =Simulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_008.CIRExerccios PropostosExProp 1.1 Calcular VS em cada caso.1a.1bExProp 1.2. Calcule a corrente na sada de cada AO no ex1ExProp 1.3. O circuito a seguir funciona como uma fonte de corrente constante (mesmo que a carga mude de valor , o valor da corrente no muda ). Pede-se:a) Valor da corrente na carga (IL)b) Quais os limites que pode ter RL, na prtica, para que o circuito possa funcionarcomo fonte de corrente?Eletrnica Aplicada-Prof RmuloExProp 1.4. O circuito um voltmetro de preciso. Qual o fim de escala para cada posioda chave?Obs: Os resistores so de preciso.Simulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_009. CIRExProp 1.5.O circuito um ohmmetro de preciso e linear. Quais os limites de resistncia que podem ser medidos (fim de escala) em cada posio da chave?Obs: Os resistores (100O,1K,10K) so de preciso e o voltmetro na sada tem 10V de fim de escala.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo1.5. Caractersticas de um Amplificador Operacional Real1.5.1. Ganho de Tenso e Largura de FaixaNa prtica o ganho de tenso e a largura de faixa no so infinitos. O ganho de tensodiminuicom oaumentodafreqncia.AFig1.12 mostraacurvade resposta em freqncia em malha aberta de um AO tpico.0Fig1.12: Curva de resposta em freqnciaA escala do ganho na figura 1.12 pode ser especificada em dB ou simplesmente ser igual relao entre a sada e a entrada (Vs/Ve), sendo que o ganho em dB calculado por :Ganho(dB) = 20.logVs/VeA escala em dB linear. Do grfico da Fig1.12 podemos ver que o ganho em malhaabertavale100.000(100dB),ficandoconstanteat10Hz.Acimade10Hzoganhodiminui taxa de 20dB por dcada, isto , o ganho atenuado de 10 vezes (20dB) cada vez que a freqncia multiplicada por 10.UmparmetroimportantedeumAOafrequnciadeganhounitrio(fU).Nessafrequncia o ganho de malha aberta torna-se igual a 1.No grfico da Fig1.12fU =1MHz.Outroparmetroimportanteoprodutoganhoxlarguradefaixa(GxLF). Paraqualquer amplificador vlido:GxLF = constante, isto , em um amplificador se o ganho aumentar a LF (largura de faixa) diminui ou vice-versa. -20dB/decada10110001000100000100000Eletrnica Aplicada-Prof RmuloA LF de um amplificador definida como sendo:LF = fCs - fCifCS = frequncia de corte superior fCi = frequncia de corte inferior.Afigura1.13 mostraumacurvaderespostaemfrequnciadeumamplificador genrico.No caso de um AO como a fCi= 0 (o AO amplifica tenses CC pois no capacitores de acoplamento entre os estgios.), a LF = fCS- 20 20.Fig1.13: Curva de resposta em freqncia genrica.Para o AO cuja curva de resposta em freqncia em malha aberta especificada na figura 1.12 temos:Em malha aberta:LF =fCS fCi= 10 -0 = 10HzGanho = 100.000Logo GxLF = 100.000.10Hz =106Hz=1MHz = fu= freqncia de ganho unitarioVamos supor que esse AO usado em um amplificador de ganho de malha fechada igual a 10.A largura de faixa ser igual a:LF = 106Hz/10 = 100KHz, isto , o ganho diminuiu, mas para manter o produto GxLFconstante a LF aumentou na mesma proporo. A curva de resposta do amplificadorpassa a ser como na figura 1.14.-20dB/dcadaLFEletrnica Aplicada-Prof RmuloFig1.14: Curva de resposta em freqncia em malha fechadaObservar que, aplicada a realimentao negativa, o ganho diminui, mas a largura de faixa aumenta na mesma proporo.-20dB/decadaCurva de resposta em malha fechadaEletrnica Aplicada-Prof Rmulo1.5.2. Slew Rate (Taxa de Inclinao) ParacompreendermososignificadodeSlewRate(SR), consideremosobufferda figura 1.15a alimentado pelos pulsos da figura 1.15b. A tenso de sada terica e a querealmenteseobtmestoindicadasnasfigura1.15ceFig1.15d respectivamente. ( a )Fig1.15: Buffer resposta a um pulso de entrada ( a ) circuito ( b ) entradas ( c ) sada ideal ( d ) sada realSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir oArquivoAO_010. CIRVe4V2V3us 2us3us( b )Vs4V( c )( d )tttEletrnica Aplicada-Prof RmuloO Slew Rate (SL) ou taxa de inclinao a mxima taxa de variao da tenso de sada com o tempo, isto :SR =AVS/At.Na figura 2.15 o AO do exemplo tem um SR deSR = 2V/1us = 2v/usou SR = 4V/2us = 2V/us isto significa que a tenso de sada no pode variar mais rapidamente do que 2V a cada 1us, e, portanto se o sinal de entrada for mais rpido do que isso, a sada no responder distorcendo o sinal na sada.Nocasodesadasenoidal,VS=VM.senwt,ainclinao(derivada)emcada pontovarivelsendodadapor:dVS/dt=w.VM.coswtetemvalormximo (mxima inclinao)na origem(wt = 0)e valendo: dVS/dtMx= w.VMA figura1.16 mostra o comportamento da derivada, inclinao ou slew rate,de uma senide, sendo mxima na origem e zero para wt = 90.Fig1.16: ( a ) tenso de entrada ( b ) derivada da tenso de entradaA concluso: enquanto o slew rate do AO for maior do que w.VM(derivada mxima da senoide) no haver distoro, caso contrrio a senoide comea a ficar achatada. Exerccio ResolvidoExResol9. UmAOtemSR=2V/us,qualamximafrequnciaquepodeterum sinalde10VdeamplitudenasadadoAOparaquenohajadistoroporslew rate ?Soluo:Para que nohaja distoroSR >w.VM 2.106V/s > 2.t.fmx.10Vf 0,1mVouViw.VM, isto , 1.106Vs>2.t.fMx.10V da tiramos quefMx 2.t.f.VM SR = 5.106V/sf = 200.103Hz VSmx= VM= ?VM< 5.106/6,28.200.103~ 4V como o ganho do circuito vale AVf= 1 + 2K2/1K = 3,2e comoVe= VS/AVf entoVeMx= VSmX/3,2 = 4/3,2 =1,25VExResol12 Esboce a curva de resposta em frequncia em malha aberta de um AO que tem AV= 105e fU= =1,5MHz.Soluo:Sabemos queGxLF = fU= 1,5MHz logo em malha aberta a LF = 1,5.106/105=15Hz. Resultandoo grfico.1.6. Aplicaes Lineares As aplicaes com amplificadores operacionais se dividem em dois grandes grupos. As aplicaes lineares e as no lineares. As aplicaes lineares so aquelas nas quais a realimentao negativa, sendo basicamente circuitos amplificadores ou derivados de um amplificador bsico. Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo1.6.1. Amplificador Somador InversorO circuito da figura 1.24 derivado do amplificador inversor, tendo mais de uma entrada.Fig1.24: Amplificador somador inversorPara obter a expresso de VS= f (v1, v2, V3) faremos as mesmasconsideraes j feitas na analise do amplificador inversor, de forma que :If= I1+ I2+ I3onde I1= v1/R1, I2= v2/R2, I3= V3/R3e como VS=-Rf.IfVS= -Rf.(v1/R1+ v2/R2+ V3/R3)A tenso de sada uma combinao linear das tenses de entrada.Se fizermos R1= R2=R3= R resultar: VS= -Rf/R.(v1+ v2+ V3)E seRf=R O circuito soma as tenses de entrada e inverte.Obs: O numerode entradas est limitado capacidade de corrente na sada.1.6.2. Amplificador Somador No Inversor um circuito derivado do amplificador no-inversor, figura 1.25.VS= - ( v1+ v2+ V3)Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig1.25: Amplificador somador no-inversorPara obter a expresso da sada em funo das entradas, usamos o teorema da Superposio de Efeitos. Com V2e V3nulos, obtemos a sada devida s a V1.Fig1.26: Amplificador somador no-inversor considerando s v1.Nafigura 1.26 V+= (R/2)/(R + R/2 ).ve1= ve1/3VS1= Ganho.V+= 3.(ve1/3) = Ve1Com ve1e ve3nulos obtemos a sada (vS2) devida s a Ve2. Resulta um circuito anlogo ao da figura1.27 e de maneira semelhante obtemos : vS2= ve2Se fizermos Ve1e Ve2nulos a sada (VS3) devida s a Ve3ser:vS3=ve3Para obter a sada (VS) devidos trs entradas, somamos as trs sadas individuais, isto ,VS= Vs1+ Vs2+ Vs3= Ve1+ Ve2+ Ve31.6.3. Amplificador Subtrator AmplificadorDiferencialO amplificador subtrator uma combinao do amplificador inversor com o no-inversor, figura 1.28.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig1.28: Amplificador subtrator (Diferencial)NovamenteusaremosoteoremadaSuperposiodeEfeitosparaobtera expresso de VS=f(ve1,ve2). Primeiramente anulamos ve2e determinamos VSem funo de ve1resulta o circuito dafigura 1.29.Fig1.29: Amplificador subtrator com v2= 0Eletrnica Aplicada-Prof RmuloPodemos observar que o circuito resultante o amplificador inversor j visto, desta forma Vs1= - R2/R1.ve1Agora, anulando ve1obtemos o circuito da figura 1.30.Fig 1.30:Amplificador subtrator com ve1=0Ocircuitoresultanteoamplificadorno-inversorcomumdivisordetensona entrada,desta forma:Vs2= Ganho.V+Ganho = AVf= (R1+ R2)/R1eV+= R2/(R1+R2) .ve2

portanto:Vs2= (R1+R2)/R1.R2/(R1+R2)v2= R2/R1.ve2A sada VSno circuito original, da figura 1.28, obtida somando as sadas parciaisVs1e Vs2, isto VS= Vs1+ Vs2= -R2/R1.ve1 + R2/R1.ve2= R2/R1.(Ve2 Ve1)O circuito um amplificador diferencial poisamplifica s a diferena entre duas tenses. Se v1=v2a sada ser nula. O ganho diferencial dado por :Ad= R2/R1. Se R1=R2VS= ve2 ve1Neste caso o circuito realiza a diferena entre duas tenses, da o nome de subtratorVS= R2/R1.(Ve2 Ve1)Eletrnica Aplicada-Prof RmuloExercciosResolvidosExResol 13 CalcularVSem cada caso.a.Soluo:VS= -5K/1K.(2+(-3)) =-5.(-1) = 5VSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_13.CIRb.Soluo:VS= 5K/1K.(2 3) =5.(-1V) = -5VSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_014.CIREletrnica Aplicada-Prof Rmulo1.6.4. Amplificador Diferencial de InstrumentaoO amplificador diferencial da figura 1.28tem como principal desvantagem ofatodaresistnciadeentradaserdadaporR1eR2osquaisnopodemser elevados. Outro problema a dificuldade para se variar o ganho, j que para isso duas resistncias iguais (R2 ou R1) deveriam ser variadas ao mesmo tempo. Uma soluo seria o uso de um potencimetro duplo comandado por um nico eixo. Uma soluo mais simples o circuito da figura1.31, que alm de ter uma altssimaresistncia de entrada permite que o ganho seja mudado variando s R1.Fig1.31:Amplificador diferencial de instrumentaoNo circuito da Figura1.31 o ganho calculado por :

Onde Ve = Ve2Ve1Ocircuitodafigura 1.31apresentaumproblema:osdoisterminaisdesada soflutuantes,isto,noexistenenhumterminalaterradooquetornaocircuito suscetvelarudos.Parasolucionaroproblemausa-senasadaumamplificador diferencial tradicional de ganho unitrio. 12. 21RRVVAeSVf+ = =Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig1.32:Amplificador diferencial de instrumentao com carga aterrada.Como o amplificador diferencial da sada tem ganho unitrio ento VS = VsaidaNa pratica no precisamos construir um amplificador de instrumentao, pois o mesmo j se encontra integrado com os trs AOs em um mesmo encapsulamento. A figura a seguir mostra um exemplo deste amplificador. O ADC620 permite variar o ganhoatravsdeumresistorexternoRG.Comooamplificadorvemperfeitamente balanceado de fabrica, no precisamos nos preocupar com oajuste de offset.( a) ( b )( c )Fig1.33: Exemplo de amplificador diferencial de instrumentaoComo podemos verificar das figura 1.33 usado um nico resistor, RG, para impor o ganho de acordo com aexpresso:14 , 49=GKRGdesta forma se for requerido um ganho de 100o valor de RGdever ser de:O ~= 5001 1004 , 49 KRGEletrnica Aplicada-Prof RmuloExerccios ResolvidosExResol 14Calcular VSem cada caso.Soluo: No circuito o AO1 e o AO2 so Buffers logo VA=V2 eVB= V1E V2=K KV K6 5 612 . 6+= 6V V1=K KV K6 5 612 . 5 6+= 6,24VVS= 10.(VB VA) = 10.(6,24 6) =2,4VSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_015.CIRExResol 15 No circuito o NTC (Negative Coefficient Temperature) tem uma resistncia de 10K a 250C e 5K a 500C. Quais os valores de tenso indicados pelo voltmetro colocado na sada que correspondem a essas temperaturas?AO1AO2AO3V2V1VS VAVBEletrnica Aplicada-Prof RmuloSoluo:VS = VB- VAPara 250C RNTC=10K logoV2=6V(K KV K10 1012 . 10+)e como V1= 6VVe = V2 V1= 0V e portanto VS= 0V etambm VS= 0Para 500CRNTC= 5K logoV2= K KV K10 512 . 10+= 8VVe = V2 V1= 8 6 = 2V VS= AV.Ve = ( +2.KK1020).2 = 10VComoVS= VS = 10V resulta a escalaSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_016.CIRExResol 16Dar a expresso da sada VSem funo das entradas V1, V2e V3.Soluo:No ponto A VA=-2.V1( o ganho vale -2)No pontoBVB= - (V2+ VA) = - ( V2+ (-2.V1)) = 2.V1 V2250C 500C0V 10VEletrnica Aplicada-Prof RmuloNA sada VS= 5.( V3 VB) = 5.(V3 (2.V1V2)) = 5.V3- 10.V1+ 5.V2ouVS=5.(V3+ V2) 10.V1ExResol 17 Desenhar o grficode VSxtpara o circuito.Soluo:VS= - ( V1+V2) = - ( 4+ 2.senwt) e o grfico desta funo o seguinteSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_017.CIRExResol 18 Desenhar a caracterstica de transferncia (VSxVe)para o circuito. Dados:VSat= 10V Eletrnica Aplicada-Prof RmuloVe = V2 - V1Soluo:ComoVs = 10. Ve = 10.(V2 V1)paraVS= 10V Ve = 1V e para VS= -10VVe =-1Vresultando o grfico :Simulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_018.CIR1.6.5. Operao com Fonte SimplesQuandonofordisponvelumafontesimtrica,atravsdeumapolarizao adequada,podemosusarumafontesimples.Estetipodepolarizaoanloga polarizao classe A com transistores na qual a tenso de sada quiescente fixada em VCC/2Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo1.6.5.1. Amplificador InversorFig1.34: Amplificador inversor com fonte simplesEm condies quiescente (Ve=0) as tenses no circuito sero:Tenso na entrada no inversora:VCC/2ComonotemcorrenteemC,R1eR2,ecomoasduasentradastemmesmo potencial, na sada Vs1a tenso ser igual a VCC/2 e na sada VS2a tenso ser igual a zero.Fig1.34: Amplificador inversor com fonte simples em condies quiescenteAs formas de onda do circuito da figura 1.34 esto representadas na figura 1.35.Fig1.35: Formas de onda do circuito da Fig1.34Eletrnica Aplicada-Prof RmuloO ganho do circuito calculado por:AVf= R2/R1Para um bom acoplamento sem perdas(VSM1= VSM2) os capacitores devem ter reatancia desprezivel em relao resistncia em srie com eles, sendo dimensionados por :C1=1. . . 21R fCie C2=L CiR f . . 21ondefCi a frequncia de corte inferiordo circuitoExerccios ResolvidoExResol 19Para o circuito da figura 1.34 econsiderando que a entrada 0,2V de pico/1KHz, pedem-se: a)Desenhar as formas de onda de entrada e de sada Vs1 e Vs2.b)Desenhar a curva de resposta em freqncia do circuito considerando C1=10uFc) Desenhar a curva de resposta em freqncia considerando C1=1uF. O que muda?Soluo:a) Formas de onda A tenso de polarizao (tenso na entrada +) vale 6V.O ganho vale 10 com inverso de fase, desta forma o valor de pico da sada ser 10 vezes maior queo valor de pico da entrada (0,2V). A figura a seguir mostra as formas de onda de entrada e de sada nos pontos Vs1e Vs2.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulob) Curva de resposta em freqncia com C1=10uFA freqncia de corte inferior vale aproximadamente 16Hzc) Curva de resposta em freqncia com C1=1uFEletrnica Aplicada-Prof RmuloCom C1=1uF a freqncia de corte inferior aumenta para aproximadamente160HzSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_019. CIR1.6.5.2. Amplificador InversorFig1.36: Amplificador no inversor com fonte simplesEmcondiesquiescentes(Ve=0)atensonaentradanoinversoravale VCC/2,obtidadodivisordetenso.Comoasduasentradas(+e- )tmmesmo potencial,a tensonaentradainversoravaletambmVCC/2,ecomonocircula corrente por R1e R2, a tenso na sada do AO (VS1) vale VCC/2. Ao aplicar o sinal naentrada(Ve),figura1.37a,asadadoAOoscilaremfaseemtornodeVCC/2 comoindicadonafigura1.37b.DepoisdeC3atensooscilaremtornodezero, figura 1.37c.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig1.37: Formas de ondano amplificador no inversor com fonte simples ( a ) entrada ( b ) sada do AO( c ) sada depois de C3Paraumbomacoplamento(VSM1=VSM2)areatnciadoscapacitoresdeveser desprezvelemrelaoresistnciaemseriecomcadaumdelesdaresultando queos seus valores devem ser calculados por :C1 >2. . . 21RfCi C2 >1. . . 21R fCiC3>L CiR f . . . 21 fCi= freqncia de corte inferiorExerccio ResolvidoExResol 20No circuito da figura1.36dimensionar C1e C2para que o circuito tenha uma frequncia de corte inferior de 50Hz sabendo-se que R1= 10K ,R2= 100K, R =100KeRL=5K.Seforusadoumafontede+12V,calculequalamxima amplitude que pode ter a entrada para no saturar a sada. VSat= 10V.Soluo:C1 >2. . . 21RfCi= 310 . 50 . 50 . . 21= 0,063 uF=63nC2 >1. . 21R fCi= 310 . 10 . 50 . . 21= 0,318 uF Como a sada polarizada em 6V ,ecomo a saturao ocorre em 10Va mxima sada de pico ser 4V (10V 6V ) como o ganho vale 10 (100K/10K) a mxima entrada serVeM= 4V/10 = 0,4V( a )( b )( c )Eletrnica Aplicada-Prof RmuloSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_020.CIR1.6.6.IntegradorOintegradoreodiferenciadorsocircuitosquesimulamosoperadores matemticos,integralederivadarespectivamente.Almdisso,sousadospara modificar formas de onda, gerando pulsos, ondas quadradas, ondas triangulares etc e so largamente usados em sistemas de controle.A figura 1.38 mostra o circuito bsico de um integradorFig1.38: IntegradorA expresso da tenso de sada em funo da entrada dada por: = VedtC RVs ..1Isto , a tenso de sada proporcional integral da tenso de entrada. O sinal de menosse deve configurao inversora do AO.Porexemplo,seaentradaforumatensoconstante,asadaseruma rampa. Se for uma tenso positiva a rampa ser descendente (inclinao negativa), se for uma tenso negativa a rampa ser ascendente (inclinao positiva).( a )( b )Fig1.39: Resposta de um integrador a um degraude tenso ( a )positiva e ( b )Negativo.Napraticaocircuitodafigura1.38apresentaumproblema,comoocircuito no tem realimentao em CC (capacitor circuito aberto em CC)o ganho muito alto, fazendo o AO saturar mesmo com tenses da ordem de mV, como a tenso de Eletrnica Aplicada-Prof Rmulooffset de entrada. A soluo diminuir o ganho em CC colocando em paralelo com o capacitor C um resistor, RP, como na figura 1.40.O circuito, porm, s se comportar como integrador para freqncias muito acima dafreqnciadecortefC.Abaixodafreqnciadecorteocircuitosecomporta como amplificador inversor de ganho igual a:12RRAv =Na freqncia de corte a reatncia de C fica igual a RP , isto , XC = RP ouPCRC f=. . . 21 da obtemos ( a ) ( b )Fig1.40: Integrador com resistor limitar de ganho ( a ) circuito ( b ) curva de resposta em freqncia Integrador 10.fcAmplificador inversorEletrnica Aplicada-Prof RmuloExerccio Resolvido ExResol21Senafigura1.40aRP=10K, R=1KeC=0,1uF,paraquefreqncias obteremos na sadauma onda triangular se a entrada for uma onda quadrada ?Soluo: A freqncia de corte do circuito :Hz fC16010 1 0 10 10 216 3= =. , . . . .Portanto, para freqncias muito acima de 160Hzteremos uma boa integrao, isto , obteremos na sada uma onda triangular com grande linearidade.( a ) ( b )

Fig1.41: ( a )Integrador prtico e( b )curva de resposta em frequnciaQuanto maior for a frequncia do sinal em relao frequncia de corte, melhor sera integrao do sinal.A figura 1.42 mostra a sada do integrador quando a entrada quadradae de freqncia menor do que a freqncia de corte.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig1.42: Formas de onda de entrada e sada do circuito da figura 1.41aquando a freqncia menor que a freqncia de corteSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_021.CIRA figura 1.43 mostra a sada do integrador quando a entrada quadradae de freqncia muito maiordo que a freqncia de corte.Fig1.43: Formas de onda de entrada e sada do circuito da figura 1.41aquando a freqncia muito maior do que a freqncia de corteSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_022.CIRf=100Hzf=2KHzEletrnica Aplicada-Prof RmuloNa figura1.41b a freqncia da ondaquadrada de entrada menor doque fCena figura1.41c a freqnciadaondaquadradamuitomaiordoquefC,resultando uma sada de menor amplitude mas perfeitamente triangular.1.6.7. DiferenciadorO diferenciador um circuito que d uma sada proporcional derivada do sinal de entrada.Aderivadaumoperadordualdaintegral,enocircuitooscomponentes trocam de posio, figura 1.44.Fig1.44: DiferenciadorA expresso da sada em funo da entrada dada por:dtdVC R VeS. . =Isto , a tenso de sada proporcional derivada da tenso de entrada. Por exemplo, se a entrada for uma tenso constante a sada ser nula pois a derivada de uma constante zero, se a entrada for uma rampa,a sada serconstante. O sinal negativose deve configurao inversora.Na prtica o circuito da figura 1.44 sensvel a rudo, tendendo a saturar. A soluo limitar o ganho em altas freqncias colocando em srie com C uma resistncia RS como na figura 1.45a. A figura 1.45b a curva de resposta em frequncia docircuito.( a )( a ) (b )Fig1.45: ( a ) Diferenciador prtico e ( b ) curva de resposta em freqnciaEletrnica Aplicada-Prof RmuloOcircuitodafigura1.43asomentefuncionarcomodiferenciadorpara freqnciasmuitoabaixodafreqnciadecorte,acimada freqnciadecorteo circuito se comportar como amplificador inversor de ganho igual a R/RS.Ocircuitossecomportarcomodiferenciadorsef5KSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_039.CIR1.7.5. MonoestvelUm monoestvel um circuito que temum estado estvel e um estado instvel, para passar do estado estvel para o instvel preciso que um agente externo atue no circuito(emgeral umpulso dedisparo).Avoltaparaoestadoestvelfeitaapsum intrvalo de tempo Ti, determinado por uma constante de tempo RC.Na figura 1.64 se a chave estiver aberta a tenso na entrada no inversora ser umaparcela da tenso de sada, que vamos admitir que + VCC, como o capacitor C se carregouatravsdeRodiodoestarconduzindolimitandoatensoemCem aproximadamente0,7V.Seatensorealimentadaparaaentradanoinversorafor maior do que 0,7V esta ser uma condio estvel, isto , a sada permanece em + VCCindefinidamente.Fig1.64: Circuito monoestvelSe a chave CH for pressionada momentaneamente, na entrada + aplicada umatenso negativa forando a sada para - VCC, o que faz com que seja realimentado agora para a entrada + umatenso negativa o quemantma sada em - VCC. O capacitor C comea a se carregar com polaridade contrria, o que corta o diodo D. Quando a tenso emCformaisnegativaqueatensonaentrada+asadavoltarpara+VCC.O Eletrnica Aplicada-Prof RmulocapacitorCvoltarasecarregarcomvalorpositivofazendoodiodoconduzir grampeandoatensoemCem0,7V,eocircuitovoltarparaacondioestvel novamente. A figura 1.65 mostra graficamente o que j foi explicado.Fig1.65: Circuito monoestvel formas de onda na sada e capacitorA durao da temporizao ( Ti ) dada por :Aps o circuito ter voltado ao estado estvel ainda demora um tempo para que ocircuitopossadarinicioaumnovociclo,istoporqueapesardasadaser+VCCo capacitoraindaestsecarregando,nocasoatravsdeR (33K),oquepodelevara temposderecuperao(trec)damesmaordemdegrandezadeTi.Paradiminuiro tempoderecuperaodocircuitoacargadeCdeveserfeitaatravsdeoutra resistncia, no caso da figura 1.66 a resistncia R6 de 100 Ohms.Fig1.66: Monoestvel derecuperao rpidaEletrnica Aplicada-Prof RmuloSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_040.CIRSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_041.CIR1.7.6. Astavel No circuito da figura 1.67 a sada VS oscilar entre +VCC e - VCC em funo da comparao entre V+ e V- . Se V+ > V- a sada ser igual a + VCC caso contrario ser -VCC. Se a sada for +VCC, o capacitor se carregar atravs de R,tendendo para + VCC, quandonesse instante a sada mudar para - VCC e o capacitor comear a se carregar atravs deRtendendoatensoagorapara- VCC.Quandoatensonocapacitorformais negativa que a tenso na entrada V+ a sada voltar para +VCC e assim sucessivamente.( a ) ( b )Fig1.67: Astvel simtrico( a ) circuito e( b ) formas de ondaEletrnica Aplicada-Prof RmuloSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_042.CIRO perodo das oscilaes calculado por:OndeCaso seja necessrio semi perodos diferentes pode ser usado o circuito da figura 1.68a.( a )( b )Fig1.68: Astvel assimtrico ( a ) circuito ( b ) formas de ondaEletrnica Aplicada-Prof RmuloSimulao:Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_043.CIRNa figura 1.68a se a sada alta C se carrega atravs de R4 e diodo D2. Quando a sada baixa o capacitor se carregar atravs de R3 e D1, desta possvel ter o tempo alto ( TH ) diferente do tempo baixo (TL).Exerccio ResolvidoExResol 26 Na figura 1.68a so dados : R1 = 10K = R2R3 =20KR4 =40KC =0,1F.Calcule os tempos em nvel alto (Vcc) e nivel baixo (-Vcc).Soluo: Primeiramente calculemos os tempos alto e baixo.1.7.7. Comparador de JanelaEste circuito tambm chamado de detetor de faixa ou detetor de faixa,e d uma tenso negativa ou nula na sada quando a entrada estiver dentro de uma determinada faixa de valores, e d uma sada positiva quando fora da faixa, figura 1.58.Fig1.69: Comparador de JanelaSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_044.CIRNo circuito da figura 1.69 temos as seguintes possibilidades considerando VR2 maiordo que VR1 :a) Ve > VR2 A sada do AO2 +VCC e portanto D2 conduz. A sada do Ao1 -VCCEletrnica Aplicada-Prof Rmuloe portanto D1 estar polarizado reversamente, VS = +VCC.b) VR1 < Ve < VR2 As sadas dos dois AOs ser - VCC e portanto os dois diodosestaro cortados a sada VS = 0c) Ve < VR1 A sada do AO1 +VCC, logo D1 conduz. A sada do AO2 -VCC e D2estar aberto, nessas condies a sada VS = + VCC.O circuito ter a seguinte caracterstica de transferncia:Fig1.70: Caracterstica de transferncia de um comparador de janelaNa prtica, podemos associar s tenses VR2 e VR1 uma varivel qualquer como temperatura (T2 e T1 ). A tenso Ve por outro lado pode ser obtida num divisor de tenso que tem um termistor. Enquanto a temperatura estiver dentro de uma determinada faixa nada. Se a temperatura sair da faixa soa um alarme.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo2. O Circuito Integrado5552.1. Introduo um CI muito verstil, sendo usado em todas as reasde eletrnica. um circuito misto, isto , tem internamente circuitos analgicos como o operacionale circuitos digitais como o flip flop.Basicamente usado como astvel, monoestavel ou Schmitt Trigger. A figura 2.1a mostraa pinagem do CI no encapsulamento DIP de 8 pinos e a figura 2.1bo diagrama em blocos interno do 555.1 GND 2 Trigger (Disparo) 3 - Sada 4 - Reset 5 Controle de tenso 6 Threshold (Limiar) 7 Descarga8 - VCC( a ) ( b )Fig2.1: CI 555 ( a ) pinagem ( b ) Diagrama de blocos internoOs resistores R (5K) formam um divisor de tenso, em cada um tem uma tenso de VCC/3. Os principais elementos desse diagrama em blocos so: Comparadores (1): Num comparador a sada ser alta (nvel lgico 1ou VCC) se V+> V-e ser baixa (nvel lgico 0 ou 0V) se V+ s V-. Afigura 2.2a mostra um comparador com a sada alta e a figura 2.2b com sada baixa. Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig2.2: Comparadores No 555 a tenso no pino 2 (Trigger) sempre comparada com VCC/3, enquanto a tenso no pino 6 (Threshold ) comparada com 2.VCC/3. Flip Flop RS (2): um biestvel, isto , tem dois estados estveis e a mudana de estado se faz de acordo com atabela verdade dada na figura 2.3b, o smbolo est representado na figura 2.3a. ( a )( b )Fig2.3: Flip Flop RS - (a) Smbolo (b) Tabela VerdadeBuffer de Sada (3): Tem como finalidade aumentar a capacidade de corrente do CI. A corrente de sada do CI est limitada a 200mA, podendo entrar ou sair. Observe que o buffer inverte a sua entrada, isto ,a sada do CI Q.Fig2.4: Buffer de sada Obs: Transistor interno (TR): Opera saturado quando 1 = Q ou cortado quando0 = QEletrnica Aplicada-Prof Rmulo2.2. Operao AstavelO circuito bsico o da figura 2.5a, sendo a figura 2.5b o mesmo circuito considerando o diagrama em blocos.( a )( b )Fig2.5: Astvel( a ) Circuito bsico ( b ) Diagrama de blocoNa figura 2.5, VC= V6= V2, e como inicialmente S = 1 (pois VC= V6= V2=0 eatenso na entrada no inversora do comparador de baixo Vcc/3)e R = 0 (pois a tenso na entrada no inversora VC= V6= V2=0 e a tenso na entrada inversora do comparador de cima 2/3 de Vcc), portanto de acordo com a tabela verdade do FF a sadaQ=1 ( sada complementar 0) e Vsaida= VCC. Como o transistor interno esta cortado, C comea a se carregaratravs de RA+ RBQuando VC > VCC/3ento R = S = 0 o que mantm o estado do FF interno, isto , Q = 1, sada VCC.Quando pormCC CV V .32> o FF resetar, isto ,na figura 2.5 R = 1 e S = 0 e nesse instante asada vai a zero, saturando o transistor interno e fazendo C se descarregar atravs de RBe pelo transistor interno.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloQuando a tensoem C cair abaixo de VCC/3 , novamente S = 1 e R = 0 setando o FF e portanto a sada volta para VCCe o transistor corta fazendoo capacitor se carregar por RA+ RBe o cilco se repete. A figura 2.6 mostra o comportamento do circuito do ponto de vistados grficos.( b )Fig2.6: Formas de onda no astavel( a ) no capacitor ( b ) na sadaOs tempos alto (TH) e baixo (TL) so calculados por :TH= 0,69.( RA+ RB).C eTL= 0,69.RB.C Observe que o tempo alto maior que o tempo baixo pois a carga se d por (RA+ RB) e a descarga por RB. Caso se desejetempos iguaisdeve-se impor RBmuito maior do que RA, sendo que RAdeve ter valor de pelo menos 1K para que o transistor interno no sofra danos. As expresses de THe TLpodem ser generalizadas por :TH= 0,69.RCarga.CeTL= 0,69.RDescarga.C ondeRCarga a resistncia equivalente que Cv durante a carga e RDescarga a resistncia equivalente que C v na descarga, desta forma possvel, modificando os caminhos de carga e descarga terTHdiferente de TL.ExercciosResolvidos ExResol 27: Para o astvel pede-se calcular a freqncia de oscilao e desenhar os grficos de VC(t) e Vsaida(t).( a )Eletrnica Aplicada-Prof RmuloSoluo: TH=0,69.RCarga.C = 0,69.48K.0,1uF= 3,31ms TL= 0,69.RDescarga.C = 0,69.33K.0,1 uF = 2,27ms T = TH+ TL= 3,31 + 3,27 = 5,58msf=1/T=1/5,58ms=179Hz

Simulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_45. CIRExResol 28: Para o astvel pede-se calcular a freqncia de oscilao e desenhar os grficos de VC(t) e Vsaida(t).Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo.Simulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_046. CIRCalcular o tempo que o LED fica aceso e apagado no circuito.Exerccios PropostosExPropProjetar um astvel simtrico com 555 que oscile em 20KHz. DadoVCC= 12V.ExPropProjetar um astvel que gere umaforma de onda que tenhaTH= 1ms e TL= 3ms.ExPropProjetar um astvel com 555 quegere umaforma de onda com TH=3ms e TL=1msEletrnica Aplicada-Prof Rmulo2.3. Operao MonoestavelUmmonoestavelumcircuitoquetemumestadoestveleumestado instvel,isto,ligadaaalimentaoocircuitoirparaoestadoestvelai permanecendo nesse estado at que uma ao externa o leve para a outra situao naqualpermanecerporumtempodefinido(Ti).Apsoterminodessetempoocircuitovoltarsozinhoparaoestadoestvel.Umcircuitomonoestavelmuito conhecido um temporizador ou timer muito utilizado no nosso dia a diaAfigura2.7aaseguirmostraocircuitodeummonoestavelconsiderandoos componentesinternoseexternos(R1,R,CeVcc),eafigura2.7boblocoeos componentes externos.( a )( b )Fig2.7: Monoestvel: ( a ) Circuito bsico com componentes externos e internos ( b ) blococom componentes externosCHCHEletrnica Aplicada-Prof RmuloInicialmente com o capacitor descarregado, VC=0=V6, R=0 e como a chave esta abertaV2=Vcc e portantoS=0, o que mantm o estado do FF. Anica forma de se ter uma condio estvel se considerarmos

desta forma C no consegue se carregar.Ao pressionarmos CH, a tenso no pino 2 vai a zero, nestas condies teremos S = 1 e como R = 0 imposta a condioQ =1cortando o TR e levando a sada a Vcc.A partir desse instante C comea a se carregar atravs de R2. Quando ser imposto no Flip Flop R=1eS=0e portanto Q = 0( ) fazendo o TR saturar edescarregando bruscamente C atravs do TR. ComoR = S = 0ocircuitopermanecer nesta condio,Q = 0, at que o monoestavelseja disparado novamente. Os grficos da figura 2.7 mostram o que acontece com as tenses de sada e no capacitor em funo do tempo.O tempo que a sadafica em nvel alto, estado instvel calculado por:Fig2.8:Formas de onda do monoestavel ( a ) pulsos de disparo ( b ) tenso nop capacitor ( c ) tenso de sada Ti=1,1.R.CEletrnica Aplicada-Prof RmuloA seguir so dadas duas aplicaes para o 555 como monoestavel, como temporizador e como divisor de freqncias.2.3.1. Temporizador umcircuitoque permite temporizar uma carga de um Tmina umTMx, variando um potencimetro RV. Nafigura 3.9 CH1 inicia a temporizao e a chave CH2 permite desligar (resetar) a carga antes do tempo Ti. Seja C=1000F R=33Ke RV=330KCom os valores dados os tempos sero: Tmin= 1,1.32.102.1000.10-6= 36sTMx= 1,1.362.102.1000.10-6= 400sA temporizao pode variar portanto de 36s a 400s.Fig2.9: Monoestvel: temporizador2.3.2. Divisor de FreqnciasSe injetarmos uma onda quadrada de freqncia fena entrada (pino 2) de um monoestavel ajustamos o tempo Tido mesmo, podemos obter na sadaum sinal de freqnciafs= fe/n , onde n um nmero inteiro. Na figura 2.10o primeiro 555funciona como astvelgerando a forma de onda a ser divididae o segundo555 monoestavel com tempo Tiajustado para uma diviso por 2.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig2.10: Monoestvel - divisor de freqnciasSimulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_047. CIRNo circuito da figura 2.10 com os valoresdados teremos parao astavel:TH= 0,69.(33+2,2).103.0,1.10-6= 2,43msTL= 0,69.(10//33).103.0,1.10-6= 0,53msE para o monoestavel:Ti= 1,1.82.103.0,047.10-6= 4,2msAs formas de onda seroFig2.11: Divisor de freqncia - formas de onda Destaformanasadaoperodoser:TB=5,92msecomooperododaentradaTA=2,96ms ento a freqncia da sada am metade da de entrada.Se quisermos por exemplo um divisorpor 3, deveremos reajustar o Tipara um novo valor (observe que existem varias solues) mudando a resistncia ou o capacitor.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo2.4. Operao como SchmittTrigger OSchmittTriggerumbiestvelacionadopornveldetenso.Afigura2.12a seguir mostra uma das possibilidadesde ligar o 555 como Schmitt Trigger.Fig2.12:CI 555 conectado como Schmitt TriggerA figura a seguir mostra o mesmo circuito da figura 2.12considerando a parte interna do CI555.Fig2.13:CI 555 conectado como Schmitt Trigger Diagrama internoNocircuitoda figura 2.13 as duas entradasdos comparadores internos so conectadasa um divisor de tenso constitudode R1 e R2. No caso mais comum quando se desejar na sadauma onda quadrada simtrica,R1 = R2, desta forma a polarizao feita comVcc/2.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloOs nveis de acionamento (limiar) sero CCV .32que levaa sada para 0, e CCV .31queleva a sada paraVCC.Uma senoidede amplitudesuficientemente alta para exceder os nveis de disparo, ora seta (impe 1 na sada), ora reseta (impe0 na sada) fazendo aparecer na sada uma onda quadrada como na figura 2.14. ( a ) ( b )( c )Fig2.14: Schmitt Trigger formas de onda ( a ) entrada ve ( b ) entrada ve1 ( c ) sada Variandoa relao entre R1 e R2, mudada a relao entreTHe TL, isto , se a polarizao for maiorque Vcc/2, TH ser maior queTL, se a polarizao for menor que Vcc/2 nesse caso THser menor queTL.Simulao: Para ver a soluo com simulao abrir o arquivo ArquivoAO_048. CIREletrnica Aplicada-Prof Rmulo3. Transistor Unijuno Otransistorunijuno(UJT)ou transistordeduplabase umdispositivo semicondutor com trs terminais (Base 1, Base 2, emissor) e uma juno, construdo a partir deuma barra de material N (P no complementar) na qual existe uma ilha de material P, figura 3.1.Fig3.1: Transistor unijunoUmdosterminaischamadode emissor(E)e dematerialtipoP.Entreas extremidadesdabarraexistemdoisterminais, abase2(B2) eabase1(B1).Entre essasextremidades odispositivoapresentaumaresistnciahmicachamada resistncia interbases (RBB)cujo valor est compreendido entre 5K e 10K. EntreB2 e ajunoexisteumaresistnciaRb2eentreajunoeB1umaresistnciaRb1.A soma dessas duas resistncias igual a RBB. O circuito equivalente e a polarizao do UJT esto indicados na figura 3.2.

( a ) ( b )Fig3.2: ( a ) Polarizao e ( b ) circuito equivalente do UJTNa figura 3.2b enquantoVE < 0,7 + VRb1o UJT estar cortado, pois o diodo est reversamente polarizado.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloVRB1=.VBB e 2 11B BBR RR+= a razo intrnseca de disparo cujo valor est compreendido entre 0,5 e 0,8.QuandoVE=0,7+n.VBB=VP=tensonopontodepico,odiodofica polarizadodiretamenteeoUJTdispara.Otermodisparousadoporanalogiaao disparo de uma arma e significa uma mudana brusca de condio. A explicao fsicaparaodisparodadapelarealimentaopositivainterna.Oaparecimentodeuma corrente aumenta o numero de portadores na regioprximo base 1, o que diminui a resistividade e consequentemente a resistncia Rb1, o que em conseqncia diminui a tenso em Rb1, o que aumenta maisaindaa polarizao direta, aumentando mais aindaacorrente.Esse ciclo leva aumaumento muitograndena corrente(o disparo) limitada unicamente por resistncias externas.Aps ter disparado, o UJT s voltar a cortar novamente quando a tenso de emissor noformaissuficienteparamanterapolarizaodiretadajuno,essatenso chamada detenso de vale, VV.A figura3.3 mostra a curva caractersticade um UJT, indicando osprincipais pontos (pontodepicoepontodevale)eastrsregiesdeoperao (Corte,saturaoe regio de resistncia negativa).Fig3.3: Curva caracterstica de entrada3.1. Oscilador de RelaxaoUma das principais aplicaes do UJT como oscilador de relaxao. Na figura3.4aquandoaalimentaoligadaaprimeiravez,ocapacitorseencontra descarregado,logoVC=VE=0,portantooUJTestarcortado(IE=0).Nessas condiesocapacitorcomeaasecarregaratravsdeR,tendendoatensonele para +VCCcom constante de tempot = R.C.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloQuandoVC=VP=0,7V+ n.VBBoUJTdispara fazendoocapacitorsedescarregar atravsdoUJTedaresistnciaRB1.QuandoVCcairabaixodeVVoUJTcortaeC volta a se carregar , e o ciclo se repete.( a )( b )( c )Fig3.4: Oscilador de relaxao( a ) Circuitoe ( b ) formas de onda capacitor ( c ) em RB1Eletrnica Aplicada-Prof RmuloO perodo das oscilaes calculado por: =11ln . .C R T3.2. Gerador de Dente de Serra um circuito derivado do oscilador de relaxao visto anteriormente. Para saber como gerada uma rampa de tenso, lembremos que da teoria de circuito sabemos quese um capacitor se carrega atravs de uma corrente constante I, a tenso em C variar linearmente como tempo de acordo com a expresso: tCIVC. =Quanto maior o valor da corrente (fixado C), mais rapidamente se carregar o capacitor. Por outro lado se aumentarmos o valor de C levar mais tempo para carregar C. A inclinao da reta na figura 3.5b depende da relao entrea corrente que carrega o capacitor e o valor do mesmo. Fig3.5: Carga de capacitor por corrente constanteO circuito basicamente o mesmo da figura 3.4a, a diferena que a corrente que carrega o capacitor nesse caso constante, sendo igual corrente de coletor (IC).( a ) ( b )Fig3.6: Gerador dente de serra ( a ) circuito com transistor ( b ) circuito com fonte de corrente idealEletrnica Aplicada-Prof RmuloNo circuito da figura 3.6.a,o transistor, R1, R2e R funcionamcomouma fonte de corrente constante, desta forma a carga de C linear. Quando VCatingir Vp, o UJT dispara e C se descarrega bruscamente, e quando VCfor menor do que VVo UJT volta aocorte eociclorecomea. Afigura3.6bmostra aformadeondadatensono capacitor.Fig3.7: Forma de onda da tenso no capacitor dente de serraO perodo das oscilaes dado por:IC V VTV P). ( =Onde RUI7 , 01 =e 2 111R RRU+=Exerccios Propostos1. Para o circuito pede-se : a) Desenhar os grficos de VC(t) e VRB1(t)b) freqncia de oscilao dado a relao intrnseca de disparo (0,68).2. Com relao ao circuito pede-se : Valor da razo intrinseca de disparo b) Valor deR c) Freqnciade oscilao.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo

3. Para o circuito calcular o perodo, a freqncia de oscilao e desenharo grfico de VC(t).OUJT maisusado comercialmente o 2N2646 cujo encapsulamento mostrado na figuraa seguir.pinagem comvista inferiorVCEletrnica Aplicada-Prof Rmulo4. TiristoresO nome tiristor se aplica a qualquer chave de estado slido construda a partir de quatro camadas alternadas PNPN, podendo ter dois, trs ou quatro terminais e podendo conduzir em umaou duas direes.4.1. Diodo de Quatro Camadas UnilateralO estudo dos tiristores deve comear pelo dispositivo que origina toda a famlia, o diodo de quatro camadas ou diodo Shockley (no confundir com o diodo Schottky, diodo com duas camadas e usado para altas freqncias). As figuras a seguir mostram a estrutura, smbolo e curva caracterstica. ( a ) ( b ) ( c )Fig4.1:Diododequatrocamadasunilateral(a)Estruturade4camadas(b) Smbolo(c)Curva caractersticaCompolarizaoreversaodiodosecomportacomoumdiodocomum, apresentandoaltssimaresistncia.Seatensoreversaexcederatensode breakdown (UBK)odiodoserdestrudo.Compolarizaodiretaodiodoapresenta alta resistncia enquanto a tenso for menor do que um valor chamado detenso de breakover (UBO).Quandoatensonodispositivoatingiressevalor,odispositivo conduzbruscamente,dizemosentoqueohouveodisparo.Apsdispararatenso caiparaaproximadamente1Visto, somentevoltandoacortarquandoatenso (corrente) deanodocairabaixodeumvalorchamadodetenso(corrente)de manuteno, UH(IH).Qualquermecanismoqueprovoqueumaumentointernodecorrentepodedisparara estrutura de 4 camadas, dentre eles temos:- Aumento de temperatura - Incidncia de radiao luminosa (LASCR SCR ativado por luz) - Taxa de variao de tenso (dv/dt) - Injeo de corrente (SCR)Paraexplicarodisparodaestruturade4camadasusamosomodelocomdois transistores, um NPN e outro PNP como na figura a seguir.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo ( a )( b )Fig4.2: ( a ) Diodo de 4 camadas unilateral( b ) Circuito equivalente com transistoresAcorrentedeanodopodeserdeterminadaemfunodosganhosdecorrentedos transistoresda figura 4.2b,resultando a expresso a seguir:) 2 1 ( 12 1 + +=CBO CBOAI IIonde 1 e2 so os ganhos de corrente dos transistores eICBOa corrente de fuga com o emissor aberto.Daexpresso acima conclumos que, para baixos valores de corrente (corte) como os valores dos ganhos so tambmbaixos, ento a corrente de anodo tem valor prximo da corrente de fuga, dizemos que o dispositivo est cortado (comportamento de chave aberta).Quando a tenso aplicada se aproxima da tenso de disparo (UBO), os valores dos ganhos aumentam e exatamente para U=UBOa soma tende para 1 ocorrendo o disparo. Esse mecanismo de disparo por tenso, caso seja injetada uma corrente em umterceiro terminalo disparo pode ocorrer com valores de tenso bem abaixo da tenso de breakover (UBO).4.2. O Retificador Controlado de Silcio (SCR) basicamente o diodo de quatro camadas com o terceiro terminal de controle (porta) para injeo de corrente e controlar o disparo. A figura 4.3 a seguir mostra a construo fsica (simplificada), o smbolo e a curva caracterstica.Assim como o diodo de4 camadas unilateral o SCR tem trs regies de operao: Bloqueio reverso, bloqueio direto e a conduo aps o disparo. A(Anodo) A(Anodo)K(Catodo) K(Catodo)Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo( a )( b )( c )Fig 4.3: SCR ( a ) Estrutura de 4 camadas ( b ) Smbolo ( c ) Curva caracterstica4.2.1. As Regies de Operao Justificativa do Disparo O SCR tem trs regies de operao, consideradas a seguir, com IG=0 Oanodonegativoemrelaoaocatodo,nessascondiesoSCRsecomporta exatamente como umdiodo comum. Se a tenso reversaaumentar almda tenso de breakdown (UBK ), o SCR ser destrudo pelo efeito avalanche.Fig4.4: SCR polarizado reversamente - Bloqueio reversoO anodo positivo em relao ao catodo, mas a tenso no suficiente paradisparar o SCR. Paradisparar o SCR com o gate aberto (IG= 0 ) necessrio que a tenso de anodo atinjaum valor chamado de tenso de breakover (UBO ). Se UAfor menor do que UBOo SCR continuar cortado.Fig4.5: SCR polarizado diretamente mas cortado - Bloqueio diretoQuando a tenso de anodo atingir o valorUBO, o SCR dispara, isto , a corrente de anodo passa bruscamente dezero para um valor determinado pela resistncia emIG=0IG2>IG1UBOIG1Eletrnica Aplicada-Prof Rmulosrie com o SCR. A tenso no SCR cai para um valor baixo (0,5V a 2V), nessas condies oSCR tem comportamento de chave fechada, mas com dissipao de potencia. Fig4.6: SCR polarizado diretamente aps o disparoO SCR s voltara cortar quando a tenso de anodo(corrente de anodo) cair abaixo de umvalor chamado de tenso(corrente) de manuteno, UH(IH) cujo valor dependedo SCR (Por exemplo o TIC106 tem IH~ 0,5mAenquanto o TIC116 tem IH~15mA. O disparo pode ser justificado da mesma forma feita para o diodo de quatro camadas atravs do modelo com dois transistores.A diferena que, com a presena do gate, a injeo de corrente permitir controlar o disparo da estrutura de 4 camadas.Fig4.7: Circuito equivalente para o SCR4.2.2. A Porta- Exemplode SCRComercialSe for injetado uma corrente na porta (gate), serpossvel disparar o SCR com tensesdeanodobemmenoresdoqueUBO.Quantomaioracorrentedeporta injetada, menor a tenso de anodonecessria paradisparar o SCR, dai o nome diodo controlado. Aps o disparo, o gate perde o controlesobre o SCR, isto , aps o disparo o gate pode ser aberto ou curto circuitado ao catodo que o SCR continua conduzindo. O SCRsvoltaaocortequandoacorrentedeanodocairabaixodacorrentede manuteno (IH). Eletrnica Aplicada-Prof RmuloA tenso mximaque pode ser aplicada entreanodo e catodo no sentido direto com IG=0 como vimos chamada de UBO, mas muitas vezes designada de VDRMesta informao muitas vezes vem codificada no corpo do SCR, por exemplo:TIC 106 Y -30V MCR 106-1 - 30V TIC106 F -50V MCR 106-2 -60V TIC106 A -100V MCR 106-3-100V TIC106 B -200V MCR 106 4 200V TIC 106 C -300V MCR 106 5 -300V TIC 106 D 400V MCR 106 6 -400VOutrainformaoimportanteamximatensoreversaquepodeseraplicadasem queocorrabreakdown,designadaporVRRM,tipicamentedamesmaordemde VDRM. Os valores de corrente tambm devem ser conhecidos, IT, a mxima corrente queoSCR podemanipular epode ser especificadaem termosde valor continuoou eficaz (RMS) e depende da temperatura e do ngulo de conduo (uF). Por exemplo, o TIC 106 pode conduziruma corrente continua de at 5A. A corrente de gate necessria para disparar o SCR designada IGTe pode ser da ordem de uA no caso do TIC 106.Encapsulamento: TO-220A tabela a seguir mostra alguns limites importantes domodelo106 obtidos de umdata sheet.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo4.2.3.Disparo CC e Carga CCEm CC deve ser previsto circuito de reset aps o SCR disparar. No circuito da figura 4.8aP.B 2 um Push Botton normal aberto (NA) que usado para disparar o SCR e o P.B 3 usado para resetar o SCR.Observe que no necessrio manter a corrente de gate aps disparar o SCR.No circuito da figura 5.8b existem dois reed switch ou rel reed em serie. Esses dispositivos na presena de um campo magntico fecham um contato interno, desta forma a correnteem R1 no entra no gate com os dois fechados . Quando qualquer um dos ims se afastaro contato abre, desviando a corrente para o gate e disparando o SCR que energiza a bobina do rel. ( a )( b )Fig 4.8: SCR - Circuitos de disparo por CC com carga CC4.2.4. Disparo por CC com Carga CAQuando o disparo em CC com carga CC , necessrio circuito de reset para cortar o SCR. Quando o disparo por corrente contnua (CC), mas a carga CA, aps odisparooSCRconduz nosemiciclopositivo e cortarquandoatensodeanodo passarporzero,ficandobloqueadoduranteosemiciclonegativo,nohavendo RATING SYMBOL VALUE UNITRepetitive peak off-state voltage(tenso repetitiva de pico quando desligado)TIC106DTIC106MTIC106STIC106NVDRM400600700800 VRepetitive peak reverse voltage(tenso de pico repetitiva reversa)TIC106DTIC106MTIC106STIC106NVRRM400600700800VContinuous on-state current at 80C case(corrente continuaquando ligado etemperatura do encapsulamento de 800C)IT(RMS) 5 AAverage on-state current (180 conduction angle) at80C case temperature(Corrente media quando ligado, angulo de conduo 1800, e temperatura do encapsulamento de 800C)IT(AV) 3.2 ASurge on-state current(Corrente de pico transitria)ITM 30 APeak positive gate current (pulse width s 300 us)(Corrente de pico positiva degate, largura do pulsomenor do que 300 us)IGM 0.2 AEletrnica Aplicada-Prof Rmulonecessidadede circuito de reset. A figura 4.9amostra um circuito com disparo CC e carga CA e a figura 4.9b a forma de onda na carga quando a chave CH fechada num instante t1e aberta em t2.( a )( b )Fig4.9: Disparo por CC com carga CA ( a ) circuito ( b ) forma de ondaNo circuito da figura 4.9a observar que, aofechar a chave o SCRs disparar se a tenso de anodo for positiva. A partir desse instante toda a tenso da rede cair sobreacargaeatensonoSCRserdeaproximadamente1V.Seacargafor resistiva podem ocorrer picos de corrente excessivamente altos (Surge de corrente) os quais podem destruiro SCR e/ou acarga ao ligar a primeira vez o circuito. Para evitar issoqueexistemcircuitosquesdisparamoSCRquandoatensodaredefor prxima de zero, chamados de ZVS (Zero VoltageSwitch), isto , mesmo que o SCR sejacomandadoexatamentenoinstantequearedeestpassandoporumpicoo disparo s ocorrera quando a tenso darede for prxima de zero.4.2.5. Disparo CA - Carga CA - Retificador Controlado Meia OndaNo disparo por CA a alimentao deanodo e de gate obtida da mesma fonte senoidal que alimenta a carga. O controle de disparo feito controlando-seo instante, ouongulo, emqueoSCRgatilhadonosemi-ciclopositivo.Paramelhor compreensovamos supor que o SCR da figura 4.10 entra em conduo no instantequeatensodeentradaestiverpassandoporumangulodefaseuF,chamadodengulodedisparo.Aconduocomeanessepontoeterminaquandoatensode Eletrnica Aplicada-Prof Rmuloanodo cair abaixo da tenso de manuteno, UH, que consideraremos desprezvel facetensodepicodarede,VM. Afigura4.10bmostraasprincipaisformasdeonda referentes figura4.10a. ( a )Fig4.10: Disparo por CA com carga CA ( a ) circuito genrico ( b ) formas de onda de entrada e cargaDuas grandezas podem ser controladas variando-se o ngulo de disparo: a tenso media (tenso continua) e a tenso eficaz e portanto a potencia.Tenso Media na Carga (VDC)A tenso na carga tem um valor mdio (VDC) que pode ser calculada usando o calculo diferencial e integral. Atravs do clculo diferencial e integral pode-se demonstrar que atenso mdia (contnua ) na carga calculada por : . 2) cos 1 .(F MDCVV+= ondeVM o valor de pico da tenso senoidal de entradae Eletrnica Aplicada-Prof RmuloF o ngulo de disparoObs:A tenso mdia a tenso que ser medida por um voltmetro CC. Por exemplo se F=00resultarpara a tenso na cargaMVque exatamente o mesmo valor obtido em um retificador de meia onda com diodo comum.Se uF= 180 resultaVDC= 0, isto , no existe tenso na carga.Tenso Eficaz (VRMS)Por clculo integral tambm obtm-se a expresso que d a tenso eficaz (VEFou VRMS) na carga: VRMS= = tenso eficaz na cargaPor exemplo se uF= 0VRMS= que igual ao mesmo valor da tensodo retificador de meia onda.Se uF= 180 VRMS= 0Obs:A tenso eficaz est relacionada potncia dissipada na carga e pode ser medida usando um instrumento TRUE RMS.Exerccio ResolvidoConsidere que no circuito da figura 4.10a o angulo de disparo 60 e que RL=100O. Calcular : a) Tenso e corrente contnua na carga b) Potncia dissipada na carga Dados : ve=110, senwt(V)Soluo: a) uF= 60, cos60 = 0,5VM=110. senwt(Vlogo IDC= 37V/100O =0,37A= . = 75VPD= = = 56,25WEletrnica Aplicada-Prof Rmulo4.2.6. Retificador Controlado de Onda Completa em PonteUm melhor aproveitamento da tenso da rede ser obtido se incluirmos um retificador deonda completa antes da carga como indicado na figura 4.11( a )( b ) Fig4.11: Retificador de onda completa controlado ( a ) circuito genrico ( b ) formas de onda de entrada e cargaNeste caso a tenso continua ea tenso eficaz na cargaso calculadas por: VDC= = tenso continua na cargaVRMS= = tenso eficaz na carga No caso de uF= 0 VDC= e VRMS=que so osmesmos valores docircuito retificador de onda completa com diodo comumNo caso de uF=180VDC=0eVRMS=0 Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo4.2.7. Circuitos de Disparo em CAO disparo do SCR pode ser vertical ou horizontal. No caso do disparovertical a tensodegate aumentaatatingiratensodedisparo(VGT),nocasomaiscomum issoobtidoatravsdacargadeumcapacitorcolocadonogate.Nodisparo horizontal um pulso de amplitude constante aplicado no gate, em sincronismo com a tensodarede,entre00e1800. Essespulsossoobtidos atravs deUJT,PUT ou circuitos integrados dedicados.

( a )( b )Fig4.12:( a ) disparo vertical( b ) disparo horizontalOcircuitodafiguraaseguirsimples,masongulodedisparo nomximo 900porqueatensodegate estaemfasecomatensodeanodo.Odiodo importante para prevenir tenso reversa noreversa no gate. O potencimetro varia a correntenogate,variandoongulodedisparo.Quantomaioraresistncia,menora corrente de gate, portanto mais tenso de anodo ser necessria para disparar o SCR consequentemente maior o ngulo de disparo.Fig4.13: circuito de disparo para carga resistivaPara disparar alem de 900 necessrio atrasara tenso de gate em relao tenso de anodo, ea forma mais simples de conseguir isso atravs de circuitos com capacitores. No circuito da figura 4.14a o capacitorC1 se carrega atravs de Rv e R1, quantomaiorRvmaioroatraso,C2secarregaemseguidaproduzindoumatraso adicional. Quando a tenso em C2 atingirVGTo SCR dispara. Desta forma possvel disparar o SCRcom ngulo de disparo at quase 1800. No casodo circuito da figura 4.14aacarga dever ser CC, isto,acorrentesersempreno mesmosentido, o caso por exemplo de uma bateria quando esta sendo carregada.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo( a )( b )Fig4.14: Retificadorde onda completa controlado carga CC( a ) circuito de controle ( b ) formas de onda Se a carga for colocada antes da ponte a corrente ser nos dois sentidos e nesse casoa carga dever ser CA, por exemplo, uma lmpada ou uma resistncia aquecedora.( a )( b )Fig4.15: Retificadorde onda completa controlado carga CA( a ) circuito de controle ( b ) formas de ondaEletrnica Aplicada-Prof Rmulo4.2.8.O Disparo por PulsoEmalgumasaplicaesimportantequeoangulodedisparonosealtere quando trocamos um SCR por outro (de mesmo nome). Um exemplo em retificao polifsica controlada, o angulo de disparo deve ser igual em todas as fases. Devido s diferenasexistentesnascaractersticasdegate entreSCRsdamesmafamlia,se usssemososcircuitosanteriorescasooSCRfossetrocadooangulodedisparo mudaria. A diferena tanto maior quanto mais lenta for a variao da tenso de gate. Afigura4.16mostracomoavelocidadedatenso(dv/dt)influenciaoangulode disparo para dois valores de tenso de disparo de gate,VGT1e VGT2.Fig4.16: Influncia da velocidade de crescimento da tenso de gate na mudana do angulo de disparo.Podemosnotarnafigura4.16queoretardointroduzido(t) tantomaiorquanto menor(caso2)foravariaodatenso.Quandoodisparofeitoporpulsoesse retardo praticamente nulo, isto , caso o pulso tenha amplitude e durao suficientes ao ser aplicado dispara todos os SCRs no instante que aplicado independentemente da amplitude da tenso de disparo de gate (VGT).Fig4.17: Circuito de disparo por pulsoVSVCVRB1VLEletrnica Aplicada-Prof RmuloFig4.18: Forma de onda do circuito da Fig 4.17NaFigura 4.18,importante observar queoprimeiropulso (segundo grfico decimaparabaixo)quedisparaoSCR,quandocomeaosemiciclo,ospulsos subseqentesnoafetammais ocircuito. importantenotar tambmque no final do ciclo comoatenso no Zener (primeiro grfico decima para baixo) vai azero, nesse instanteocapacitor sedescarregartotalmente,eportantoquandoseiniciarnovo semiciclo as condies iniciais sero as mesmas. Este sincronismo importante para queongulodedisparonomudedecicloparaciclo,oqueocorreriasea alimentao do UJT fosse obtida de um circuito parte.4.2.9. O Transformador de PulsosDeve ser usadoquandohouver necessidadedeisolar ocircuito de controledo circuitode potncia, ou aindaquando atenso CC em RB1 ,estando oUJT cortado, forsuficienteparadispararoSCR.Ostransformadoresdepulsosousualmentedo tipo 1:1 (um secundrio) ou 1:1:1 (dois secundrios). Uma aplicao importante desses dispositivos quando se deseja disparar dois SCRs em anti-paralelo, como na figura4.19a. Observe que no possvel a ligao do mesmo circuito de disparo no gate dos dois SCRs , pois isso colocaria em curto circuito o anodo e o catodo dos dois SCRs. A soluo o uso de um transformador de pulso 1:1:1 como na figura 4.19b. O circuitodedisparoomesmodafigura 4.17 comoresistorRB1sendo substitudopelo primrio do transformador.FFVRB1Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo ( a ) ( b )Fig4.19: Disparo de SCRs em antiparalelo ( a )soluo inadequada ( b ) soluo adequada usando transformador de pulsoNosemiciclopositivodatensodeentradadisparaoSCR1paraum determinadoangulode disparoF(observequeosdoisSCRsrecebempulsosao mesmo tempo mas s aquele com anodo positivo em relao ao catodo conduz ). No semiciclo negativo ser o SCR2 que dispara para o mesmo angulo de disparo. A figura 4.20 mostra a forma de onda na carga para o circuito da figura 4.19b.Fig 4.20: Forma de onda no disparo por SCRs em antiparalelo usando transformador de pulso 1:1:1Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo4.3. DIAC e TRIAC 4.3.1. O DIAC ODiododequatrocamadabilateral(DIAC=DIodeAC)umdispositivode quatro camadasque pode conduzir nos dois sentidosquando a tenso aplicada, com qualquer polaridade,ultrapassarumdeterminadovalorchamadodetensode breakover (UBO), voltando a cortar quando a tenso (corrente) cair abaixo de um valor chamadodetenso(corrente)de manuteno,UH(IH). Afigura 4.21mostraa estrutura interna, o smbolo e a curva caracterstica.

( a ) ( b )( c )Fig 4.21: DIAC ( a ) Estrutura fsica( b ) smbolo( c ) Curva caractersticaExemplos de DIAC comercial: BR 100Encapsulamento:DO- 41Tenso de Ruptura (UBO):28 a 36V tipicamente 32VDB3Encapsulamento:DO- 35Tenso de Ruptura (UBO):28 a 36V tipicamente 32VAteno que o componente no tem polaridade!Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo4.3.2. OTRIAC QuandonecessriocontrolarapotnciaemumcircuitoAC,comcorrentenos dois sentidos, podem serdois SCRs em antiparalelo ou usar um TRIAC (TRIode AC). O TRIAC desta forma pode ser entendido como sendo equivalente a dois SCRs ligados em antiparalelo ou como sendo um DIAC com o terceiro terminal de controle, o gate. A figura4.22 mostra o controle de potencia usando dois SCRs em anti paralelo.( a )Fig 4.22: Controle decarga AC usando SCR ( a ) circuito ( b ) formas de onda na cargaOmesmoresultado,controledecarga AC,podeserobtidousandoumnico TRIAC.OscircuitosdedisparoparaoTRIACsosemelhantesaosusadosparadispararo SCR. ( a ) ( b )Fig 4.23:Controle decarga AC usando TRIAC( a ) circuito ( b ) formas de onda na cargaAanalogiavalidasomenteem60Hz,emfreqnciasaltasoTRIACno responde da mesma forma que o SCR. O TRIAC foi projetado para operar em 60Hz ou 50Hz, alem disso o TRIAC pode operar em 4 modos, ao contrario do SCR que s pode operar com o anodo positivo em relao ao catodo e com corrente entrando pelo gate.O TRIAC no tem anodo e catodo, mas dois terminais chamados de terminal principal 2(MT2ousomenteT2)eterminalprincipal1(MT1ouT1),destaformanotem Eletrnica Aplicada-Prof Rmulosentidodefinirmxima tensoreversa, mas amximatensoque podeseraplicada no dispositivo com a porta aberta (IG=0) sem que haja conduo.AfiguraaseguirmostraaestruturainternasimplificadadeumTRIAC,smbolo e aspecto fsico. Observe as quatro camadas PNPN nos dois sentidos da corrente, entre os terminais MT1 e MT2,na figura 4.24a.( a ) ( b )( c )Fig 4.24: TRIAC ( a ) aspectos construtivos ( b ) smbolo ( c ) aspecto fsico Aocontrario do SCR que s pode disparar com o anodo positivo em relao ao catodo ecomogate positivoemrelaoaocatodo,oTRIACtem4possibilidadesdeser disparadodeacordocomaspolaridadesdosterminaisMT2,MT1egate.Afiguraa seguir mostraos modos de disparo do TRIAC.( a )( b )Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo( c )( d )Fig 4.25: Modos de disparo do TRIACO TRIAC no tem a mesmasensibilidade em todos os modos, ela maior nos modosa eb issoporqueacorrentedeportatemmesmaorientaoqueacorrente principal (IT) internamente. Isso significa dizer o seguinte, se o TRIAC est ligando uma carga que consome 1A, necessitar de uma corrente de porta menor nos modos a eb. Umaexperinciaquepodeserfeitaparacomprovaradiferentesensibilidadenos modos est indicada na figura 4.26 a seguir.Fig 4.26: Verificando experimentalmente a sensibilidade do TRIACInicialmente, com o potencimetrono mnimo observamos que o brilho da lmpada mximo, significando que o TRIAC dispara nos modos a e c. Aumentando gradativamente o potencimetro notaremos, em um determinado valor, que a lmpadapassar a brilhar pela metade, significando que o TRIAC dispara no modo a mas no dispara mais no c. Se aumentarmos mais ainda o potencimetro poder acontecer do TRIAC no conduzir em nenhum modo (caso o descrito no ocorra, aumente o valor do potencimetro para 100K).Eletrnica Aplicada-Prof RmuloExemplos de TRIAC ComercialTIC 216

( a ) ( b )Fig 4.27: TRIAC em Encapsulamento TO-220 ( a) parte de frente( b ) parte de trs A tabela a seguirmostra alguns valoreslimites para alguns modelos de TIC 2264.3.2.1 Aplicaes de TRIAC e DIACTRIACssousadosbasicamentecomochavedeestadoslido emCA, substituindo em alguns casos e com vantagensas chaves mecnicas (reles, contactores, etc).Chave Esttica AssncronaOTRIACpodeserusadocomochavedeestadoslidosubstituindocom vantagensachavemecnica emalgumasaplicaes, tendocomoprincipal vantagemo fato deno gerar arco e de no sofrer desgaste, porem dissipa potencia, necessitandodedissipadordecalor.Achavenocircuitode gate nafigura4.28 no tem necessidade de capacidade decorrente, podendo em algumas aplicaes serem usados sensores tais comoreed switch, termostato, transistores, etc. Com a chave fechada logo no inicio do semiciclo positivo o TRIAC dispara no modo a conduzindoatofinaldosemiciclopositivoquandocortarquandoatensocair abaixo da tenso de manuteno. Se a chave continuar fechada o TRIAC dispara logo noiniciodosemiciclonegativo,cortandonofinal.Aformadeondanacargaser prximo de uma senoide. RATING SYMBOL VALUE UNITRepetitive peak off-state voltageTIC226DTIC226MTIC226STIC226NVDRM400600700800VFull-cycle RMS on-state current at 85C case temperature(Mxima corrente eficazcom conduz em ciclo inteiro)IT(RMS) 8 APeak on-state surge current full-sine-wave at25C case temperature(Corrente de pico transitria com temperatura do invlucro a 25C )ITSM 70 APeak gate current(correntede pico de gate)IGM 1 AEletrnica Aplicada-Prof RmuloFig 4.28:TRIAC como chave assncronaChave EstticaSncronaOcircuitoassncronoligaoTRIACemqualquerpontodociclo datensodeentrada,inclusive duranteoinstantequeatensomxima.Se acarga forresistiva (porexemplo, umaresistnciaaquecedora oulmpada),quandoforligadana primeira vez,como o valorda resistncia baixo (est fria) e sea tenso mximaa corrente pode assumir valores 10 vezeso valor de regime durante um intervalo que uma frao do ciclo. Essa condio (surge) pode levar destruio do TRIAC ou da carga.Paraevitaresseproblemaassocia-seaoTRIACcircuitosques permitiroqueo disparo ocorraquando a tenso de entrada estiver passandoprximo do zero. Estes circuitos so chamados de Zero Voltage Switching (ZVS). Na figura4.29 o circuitoZVS comanda odisparo do TRIACsomente quando a tenso de entrada estiver passandoprximo de zero, no deixando o TRIAC dispararseatensodeentradaformuitoalta. Comoconseqncia ageraodeRF reduzida drasticamente e melhorando tambmo fator de potencia porque a corrente aproximadamente senoidal.Fig 4.29:Controle de disparo no zeroDimmer A luminosidade de uma lmpada pode ser controlada atravs da variao da potncia eltricaquelheentregue,eissopodeserfeitoalterando-seoangulodedisparo durantecadasemiciclo (controledefase).Afigura4.30mostraumcircuitosimples que controla a potncia de uma lmpada.VeRG()=Ve(V)Ex:Ve=110V RG=110 Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig 4.30 Controle de luminosidade DimmerNafigura4.30,ocapacitorC1carregado(nosemiciclopositivoousemiciclo negativo)atravsdopotencimetrodecontroleRv earesistnciaR1,C2secarrega depois atravs de R2, gerando um atraso adicional. Aps um tempo, determinado pelo potencimetro,oDIAC dispara quando a tenso no capacitor C2 atingir a tenso de disparo(breakover).OcapacitorC2sedescarregaatravsdoDIACenogate do TRIAC disparando-opara um determinado angulo de disparo. A mudana brusca de corrente de zero para um determinado valorproduz radio freqncia (RF) quecausa interferncias em aparelhos de radio colocados na mesmarede.OindutorLfeocapacitorCffuncionamcomoumfiltroquereduzessa interferncia a um nvel aceitvel.O circuito RC em paralelo (Snubber) com o TRIAC tambm um filtro usadoquando a carga indutiva, e tem a finalidade de evitar disparo errado devido a transientes. Fig 4.31: Controle de potencia com filtrosParagrandes potencias o controle por ngulo de disparo no convenientedevido grande quantidade de RF gerada, impossibilitando afiltragem, nessecaso o controle da potencia pode ser feito por ciclos inteiros usando circuitos de disparo no zero.A figura a seguir mostra formas de onda aplicadas na carga para duas condiesexemplificando o conceito.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo( a )( b )Fig 4.32: Formas de onda controle de potencia por ciclos inteiros ( a ) potencia baixa ( b ) potencia altaO controle de potencia por ciclos inteiros no gera harmnicas, e consiste em fixar um tempo (T) no qual uma chave eletrnica (TRIAC) acionada durante um intervalo de tempo (tON) fornecendo energia para a carga, e desligando durante um intervalo de tempo (tOFF). A potencia entregue ser proporcionalaorelao tON/T, por isso chamado de controle proporcional. Nessa aplicao a carga no pode ser uma lmpada incandescente pois a cintilao excessiva, sendo adequado apenaspara controle de temperaturaLuz CrepuscularNocircuitodafigura4.30aluzacendeautomaticamentequandoescurecee apagaquandoamanhece.QuandooLDR(LightDependentResistor)iluminado,a sua resistncia diminui desta forma impedindo que o capacitor se carregue e portantoa tenso de disparo do DIAC no atingida, a lmpada permanece apagada. Naausnciadeluz,aresistnciadoLDRaumentapermitindoqueatensono capacitorpossaatingiratensodedisparodoDIAC(emtornode32V)destaforma disparandooTRIAC.SeoLDRforiluminadonovamentealmpadaapagar. Na praticadeve-se evitar que o LDR receba a luz da lmpada pois isso estabelecer uma realimentao positiva que far o circuito oscilar (a lmpada piscar).Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig 4.31:Luz Crepuscular4.4. Transistor Unijuno Programvel (PUT)O transistor unijuno programvel (PUT) um UJT no qual o valor de n (razo intrnseca de disparo) pode ser imposta atravs de resistores externos. A sua estrutura anloga de um SCR , tendo porm o gate na regio N prxima do anodo. A figura 4.32mostra a estrutura, smbolo e circuito equivalente de um PUT. ( a ) ( b ) ( c )Fig 4.32: Transistor Unijuno Programvel ( a ) Estrutura ( b ) Smbolo ( c ) Circuito equivalente Para compreender o seu funcionamento consideremos o circuito da figura 4.32a e o equivalente Thevenin, figura 4.32b.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo( a ) ( b )Fig 4.32: Transistor Unijuno Programvel( a ) polarizao ( b ) Circuito equivalente de gateNa figura 4.32a temos:2 12 1.B BB BTHR RR RR+= CCB BBTHVR RRV2 11+=Substituindoo PUT na figura 4.32b pelo seu circuito equivalente com transistor resulta o circuito:Fig 4.33: PUT e circuito equivalenteNa figura 4.33 , se VA20mA/100=0,2mAou em termos de resistncia KmAVmARBB5 , 212 , 03 , 42 , 07 , 0 5= =< adotamos RBB=15K5.3. Fotodiodo UmfotodiodofuncionaaocontrariodoLED,isto,aoreceberumaradiao luminosa,najuno,produzirumacorrentequeserproporcionalintensidade luminosa. So usados basicamente para detectarintensidade luminosa,posio, cor epresena.Afiguraaseguirmostraapolarizaoeacurvacaracterstica.Cada uma das curvas da figura 5.4 para um nvel de intensidade luminosa.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo ( a )( b )Fig 5.4: fotodiodo( a ) polarizao ( b ) curva caractersticaNa figura 5.4a observe que a juno polarizada reversamente e desta formacom o dispositivonoescuroacorrenteserdevidosomenteaosportadoresgerados termicamente(portadoresminoritrios),essacorrentechamadadecorrenteno escuro, IS.Coma incidnciadeluznajunoacorrenteaumentar,pois novosportadoresde carga sero gerados. A corrente total (IT)atravs da juno ser dada por:IT= IS+IILIS a corrente de saturao (corrente no escuro)IIL a corrente devido radiao incidenteNacurvacaractersticadafigura5.4baintersecodaretadecargacomuma determinadacurvadeintensidadeluminosadeterminaopontodeoperao ento dependendo de R e da intensidade luminosa o diodo pode operar orano corte ora na saturaoe isso permite que o fotodiodo em conO fotodiodo tem um pico de resposta para um determinado comprimento de onda (cor), para o qual ser gerado o maximo de pares eletron-lacuna, sendomxima ao redor do comprimento de onda de 0,85m.5.4.Fototransistor Ofototransistormaissensvelqueofotodiodo,gerandoumacorrentevezes maior,poremtemumarespostaemfreqnciaproporcionalmentemenor.Aresposta espectralest mostradana figura a seguir.VccReta de cargaVcc/RsaturaocorteEletrnica Aplicada-Prof RmuloFig 5.5: Resposta espectral do fototransistor e olho humano Ofototransistorpodeserconectadobasicamentenaconfiguraoemissorcomum e coletorcomum. Afigura5.6mostraaconfiguraoemissorcomum,acurva caracterstica,e o circuito equivalente. Paraa configurao emissor comum, a sada baixa quando o dispositivo iluminado e alta quando est no escuro,

( a ) ( b ) ( c ) ( d )Fig 5.6: (a )e (b ) configurao emissorcomum( c) circuitoequivalente(d )curva caractersticade coletor Outra alternativa a configurao coletor comum, figura 5.7a, na quala sada ser alta com o dispositivo iluminado. A terceiraalternativa usada quando, o terminal dabaseestiverdisponvelefordesejadoumadiminuionasensibilidadedo fototransistor, figura 5.7bO fototransistor pode operar no modo ativo e no modo chave. No modo ativo a sada serproporcionalintensidadeluminosa,essaaplicaousadanoscasosemque se deseja comparar nveis de intensidade de radiao ou mesmo medir a intensidade saturaoReta de cargacorteVcc/RcVCCEletrnica Aplicada-Prof Rmulodaradiao.Nomodochave(saturado/cortado)asadaserVccou aproximadamente zero. ( a ) ( b )Fig 5.7: ( a )fototransistor polarizado na configurao coletor comum( b )fototransistor polarizado na configurao emissor comum e com terminal de baseA corrente de coletor no escuro dada por:IC= .IS=IENa presena de radiao portadores adicionais sero gerados, fazendo aparecer uma corrente IILque ser adicionada corrente no escuro. A corrente total ser dada por:IC=.(IIL+IS)destaformaacorrenteproduzidapelaradiaoluminosaser multiplicadapor.Pelomodelopodemosverificaraequivalnciaentreum fototransistore um fotodiodo ligado a um transistor comum.Paraobtermaiorsensibilidadepodeserusadoumfotodarlingtonoqualconsiste basicamentedeumfototransistoracopladoaumtransistorcomumpossibilitandoa assim um ganho elevadssimo e consequentementeuma altssima sensibilidade.5.5. Acoplador tico 5.5.1. Introduo Umacopladorticoouisoladorticosimilaraumtransformador,noquala sadaisoladaeletricamentedaentrada,notransformadoroacoplamentofeito magneticamente e no acoplador tico feito atravs de radiao luminosa. Internamenteeletemumdiodoemissorinfravermelho(IR)eumfotodetetoremum mesmo bloco. A energia radiante emitida pelo diodo emitida atravs de um elemento transparenteedealtaisolaoeltrica,noexistindonenhumaconexoeltrica entre a entrada e a sada,figura 5.8 Eletrnica Aplicada-Prof RmuloFig 5.8:acoplador tico - aspectos construtivos A capacidade de transmitir o sinal da entrada para a sada dada atravs da relao de transferncia (CTR), a qual depende da eficincia do LED, do detector, da distancia entre o emissor e o receptor,da superfcie e sensibilidade do detector.Os trs principais parmetros de um acoplador tico so:- A resistnciade isolao, a resistncia CC medidaentre a sada e aentrada sendo maior do que 1011Ohms.- Acapacitnciadeisolao,acapacitnciaparasitadodieltricodaentrada paraasada,eoseuvalorvariade1a3pF.Devidoessacapacitnciao dispositivopodesofrerdanossetensesmuitorpidasforemaplicadas,por exemplos tenses acima de 500V/s.- Tenso de isolao, a mxima tenso que o dieltrico pode suportar. A tenso de isolao pode atingir valores da ordem de 5000V.Um exemplo de acoplador tico comercial o 4N25que umacoplador tico de propsito geral com 6 pinos Dual In Line (DIP).A figura a seguir mostrao encapsulamento eo esquemtico interno. ( a )( b )( c )Fig 5.9: 4N25 ( a ) encapsulamento branco( b )encapsulamento preto ( c ) esquemtico A figura a seguir mostra algumas das curvas caractersticas do acoplador tico 4N25. Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo ( a ) ( b )Fig 5.10:( a ) curva caracterstica de entrada( b ) relao de transferncia normalizada em funo da corrente de entrada (corrente no LED)Nafigura5.10a seacorrentedeentrada(IF)vale10mA,a temperatura25oC,a quedadetenso noLEDdeentradavaleraproximadamente1,18V. Paraessa mesma corrente de entrada e temperatura, na figura 5.10b a relao de transferncia ser de 1, isto , a corrente na sada ser aproximadamente igual de entrada, 10mA.Oacopladorticomaisconhecidooquetemcomofotodetectorumfoto transistor,mas existeminmerosoutros tiposdeelementosdesada:fotodiodo, fotodarlington, fotoscr, fototriac, etc. importante sempre lembrar da freqncia de operao (banda passante), ela tanto menor quanto maior o ganho do fotosensor. Por exemplo, para o acoplador tico comfodiodo a banda passantepodeser daordem de MHz, parao fototransistor centenas de KHz, para o fotodarlington algumas dezenas de KHz. UmacopladorticomuitousualequeusadocomodriverdeTRIACsoos dispositivos dafamlia MOC30XX, que so encontrados em encapsulamentoDIP de 6 pinos e comisolao entre o LED emissor e o detector na sada da ordem de 7500V.Afigura 5.11 aseguirmostraapinagemdoacopladordafamlia MOC30XX que basicamenteumacopladorquetemcomofodetectorumfototriac equeoperamde forma assncrona, isto , o disparo do fototriac pode ser feito em qualquer instante do semiciclo positivo ou negativo gerando os mesmos problemas vistos anteriormenteno estudo de chaves assncronas.

Fig 511:Acoplador tico MOC30XX sada com TRIACA tabela a seguir mostra algunslimitesde acoplador tico.Eletrnica Aplicada-Prof RmuloTipoIFT (mA)(mx)VTM (V)(mx)VDM (V)(min)IH (A) IDRM (nA)(mx)VISO AC[PEAK]MOC3010M15 3 250 100 100 7500MOC3012M5 3 250 100 100 7500Umaaplicaonocontroleremoto decargasACusandobaixatenso.A figura5.12aseguirmostraessaaplicao. ComachaveabertaoLEDemissorno conduz,destaformaoTRIACdoacopladorestarcortadoeconsequentementeo TRIACprincipal.FechadaachaveoTRIACdoacopladordisparainjetandocorrente naportadoTRIACprincipal atravsdaresistnciade180Ohmsduranteosemiciclo positivo(modoa)esemiciclonegativo(modob),ligandoacargaqueficarligada enquantoachaveestiverfechada.Ofioqueconectaachaveaoacopladordeveser torcido para evitar interferncias.Observarqueaisolaoentreacargaeocircuitodecontroletotal,destaformaa fontedetensopodeserasadadeummicrocontrolador,microprocessador ou circuito lgico.Fig 5.12: Controle remoto de carga AC usando acoplador ticoOproblemadocircuitodafigura5.12queofechamentodachave operade forma assncrona em relao rede, isto , se a tenso da rede estiver passando por umpico eoTRIACdriver for acionado,quandoacargaestdesligada,acorrente momentaneamente assumir um valor elevado, poisduascondies favorecem isso: tenso mxima e resistncia mnima (carga resistiva desligada). Os acopladores com detectores de cruzamento de zero solucionam o problemadodisparoassncronocomumcustorelativamentebaixo,fornecendoisolaoacima de 5000V entre o circuito de controle e o de potencia. A figura 5.13 mostra o diagrama internodessecomponente onde podemosnotaroLEDdeentrada e nasadaum fototriac acoplado a um detector de cruzamento de zero.Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo ( a )( b ) ( c )Fig 5.12: Acoplador tico sada com TRIAC e disparo no zero ( a ) diagrama geral ( b ) esquema eltrico de conexes do acoplador sendo usado como driver de um TRIAC de potencia ( c ) formas de ondaObservarnodiagramadafigura5.12cqueacorrenteinjetada naentradado acopladorquandoatensodeentradaalta epositiva,masoTRIACprincipal no dispara, somente quando a tenso passa pelo zero que gerado um pulsonegativoquedisparaoTRIACprincipal.Quandoacorrenteretiradaduranteo semi ciclo negativo o TRIAC ainda continua a conduzir at o final do semiUmexemplodeacopladorticocomdisparonozerooMOC3030 quetemos limites:Diodo de entrada: Corrente direta 50mATenso Reversa 6V Dissipao de potencia 120mWFototriac de saida: Tenso entre terminais (VDRM)250V Corrente eficaz 100mA Corrente de pico (Peak) 1,2A Dissipao de potencia 150mWEletrnica Aplicada-Prof Rmulo5.5.2. Comutadores e Refletores ticosSo basicamente um emissor e um receptorem um mesmo modulo, mas comaberturaquepermitaacolocaodeumanteparoparacortarofeixe,nocasodo interruptor, oude um anteparo para refletir o feixe, no caso do modulo refletor. A figura 5.13mostra o refletor tico e a figura 5.14 o interruptor tico. ( a )( b )( c )Fig 5.13:Refletor tico ( a ) aspecto fsico( b ) esquemtico ( c ) dimenses (mm)Um exemplo derefletor tico o QRE00034 da Fairchild, o qualconsiste de um diodo emissor infravermelho e um foto transistor montados lado a lado em um eixo convergente. O foto transistor responde radiao somente quando um objeto refletor no seu campo de viso. ( a ) ( b ) ( c )Fig 5.14:interruptortico ( a ) aspecto fsico( b ) esquemtico ( c ) dimenses (mm)Umexemplodeinterruptortico oMOC70P1 daFairchild.Essesdispositivosso usadosprincipalmenteemcontroleeposicionamentodemotores.Porexemplo, a figura5.15mostraumdisconoqualexisteumaranhura (poderiaserumorifcio), medida que o eixo gira quando a ranhura estiveralinhada com o feixe o transistor de Eletrnica Aplicada-Prof Rmulosadasaturaequandoofeixeforcortadootransistorcortagerandoumaonda quadradanasada.Afreqnciadaondaquadradaserproporcionalrotaodo eixo e ao numero de ranhuras .Fig 5.15:Interruptor tico como sensor de movimento ExerResolv: A forma de onda a seguir foi obtida na sada (coletor do fototransistor) do interruptor tico da figura 5.15. Qual o numero de rotaes por minuto do eixo?Soluo:Comosomenteexisteumaranhurasignificaquecadavoltadoeixo corresponde a 1 ciclo da formade onda, portanto podemos, atravs de umaregra de trs simples,determinar quantas voltas so dadas porminuto (RPM).1 volta -------------- 200ms=0,2s n--------------1sn = 5 voltas/sem 60s (1m) o numero de voltas ou rotaes ser 60 vezes maior, isto :Numerode rotaes por minuto ser de 300 RPM.200ms1234Eletrnica Aplicada-Prof Rmulo

ExerProp: Desenhara forma de onda obtidano coletordo fotransistor do interruptor do exerccio anterior supondo quehouvessem 2 ranhuras.200ms60sEletrnica Aplicada-Prof RmuloBibliografiaDetecting Infrared Radiation with a Phototransistor and an IR Filter; Edward V. Lee, American Physical Society, College Park, MD; http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-3004.pdf- 04 de Outubro de 2007Applications of Random Phase Crossing Triac DriversFonte: Application Note AN-3003 - FAIRCHILDSEMICONDUCTOR;http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-3003.pdf -04 de Outubro de 2007D