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Aula06 Indice de Aulas Aula08
( a ) ( b ) ( c )
Figura 1 - ( a ) Limitador positivo ( b ) Ve>0,7 V ( c ) Ve < 0,7 V
Figura 3 - ( a ) Limitador negativo ( b ) Ve<-0,7 V ( c ) Ve >- 0,7 V
Figura 12 - ( a ) LED polarizado diretamente ( b ) LED polarizado reversamente
Fonte: Multisim v.14
Eletrônica Básica 1
Aula 07: Circuitos com Diodos - Limitadores - LED - Fotodiodo
Referencias
MALVINO, Albert. Eletronica V1
ALBUQUERQUE, R.O. ; PINTO, L. F. Eletronica Analogica. V2. São Paulo: Fundação Pe. Anchieta
SEDRA, A. Microeletronica
SEDRA, A. Microeletronica
1 Limitadores
São circuitos usados para limitar a tensão entre dois limites protegendo o circuito de excessos de tensão.
1.1.Limitador positivo
No circuito da Figura 1a se a entrada, Ve, é positiva e maior que 0,7 V o diodo conduz e a saida,Vs, fica limitada em 0,7 V, Figura 1b. Se a entrada for menor que 0,7 V o diodo corta (abre) e a saida sera igual a entrada, Vs=Ve.
( a ) ( b ) ( c )
Figura 1 - ( a ) Limitador positivo ( b ) Ve>0,7 V ( c ) Ve < 0,7 V
A curva de transferencia, VsxVe, mostra esse comportamento graficamente, Figura 2.
Figura 2 - Curva caracteristica de transferencia VsxVe do circuito da Figura 1a
Na Figura 2 são mostradas a curva real e a aproximação por trechos de reta. Observe que na pratica a transição entre conduzindo e cortado não é abrupta (de uma vez) mas suave. Observe tambem a inclinação na parte da reta, é 1.
1.2 Limitador negativo
Basta inverter o diodo no circuito da Figura 1a, nesse caso a limitação será para valores negativos. Se Ve, é negativo e menor que -0,7 V o diodo conduz e a saida,Vs, fica limitada em - 0,7V, Figura 1b. Se a entrada for maior que -0,7 V o diodo corta (abre) e a saida sera igual a entrada.
Figura 3 - ( a ) Limitador negativo ( b ) Ve<-0,7 V ( c ) Ve >- 0,7 V
A curva de transferencia, VsxVe, mostra esse comportamento graficamente, Figura 4.
Figura 4 - Curva caracteristica de transferencia VsxVe do circuito da Figura 3a
1.3 Limitador negativo/positivo
Este circuito protege de tensão positiva e negativas altas. A placa de som de seu computador não aceita tensões maiores que 1 V, então se voce quiser enviar sinais alternados deve usar um circuito parecido com esse da Figura 5.
Figura 5 - ( a ) Limitador negativo positivo ( b ) Ve> 0,7 V ( c ) Ve <- 0,7 V ( d ) -0,7V
Se Ve>0,7 V conduz D1, D2 corta e o circuito equivalente é o da Figura 5b e a saida sera Vs=0,7 V. Se Ve<-0,7 V então D2 conduz, D1 corta e a saida fica limitada em -0,7 V. Se -0,7 V
Figura 6 - Curva caracteristica de transferencia VsxVe do circuito da Figura 5a
1.4 Limitador com nivel
No caso desse tipo de circuito é imposto um valor de nivel para ser limitado. Seja o circuito da Figura 7, neste é adiconada uma bateria em serie com o diodo. Observe que o diodo conduz sempre quando a tensão de entrada é positiva, Ve>0. Nesse caso a barreira de potencial de soma com a tensão da bateria, então tudo se passa como se a barreira de potencia valesse 0,7+E, onde E é a tensão da bateria no exemplo 10 V. Então se Ve>0,7V+10V=10,7 V o diodo conduz e para Ve<10,7V o diodo corta, Figura 7.
Figura 7 - ( a ) Limitador com nivel ( b ) Limitador com nivel com Ve>10,7V ( c ) Limitador com nivel com Ve<10,7V
A Figura 8 mostra a curva caracteristica de transferencia, curva real e aproximação por trechos de retas.
Figura 8 - Curva caracteristica de transferencia VsxVe do circuito da Figura 7a
Exercicio Resolvido 1:
Para o circuito da Figura 7a considere que a entrada é senoidal e de 15 V de pico e a bateria é de 10 V, pedem-se: a) Grafico de Vsxt b) Grafico de Vsxt se a entrada é senoidal e de 5 V de pico.
Solução: Para valores de entrada maiores que 10,7 V o diodo conduz e a saida ficará limitada em 10,7 V. Para todos os outros valores a saida será igual a entrada pois o diodo estará cortado. A Figura 9 mostra os graficos da saida,Vs, e da entrada,Ve.
Clique no grafico e obtenha o arquivo Multisim Live
Figura 9 - Graficos da entrada e saida para exercicio, considerando Ve=15 Vpico
O que acontece se amplitude da entrada for menor que 10,7 V, por exemplo Ve=5 Vpico?. A Figura 10 mostra os graficos da entrada e saida, isto é, a entrada não sendo suficientemente alta, o diodo não conduz e portanto a saida será sempre igual a entrada.
Figura 10 - Graficos da entrada e saida para exercicio considerando Ve=5 Vpico
2 Diodo Emissor de Luz
O Diodo Emissor de Luz , LED (Light Emitting Diode) é um tipo de diodo (junção PN) que ao ser polarizado diretamente emite luz que pode ser visivel ou não. A Figura 11 mostra o aspecto fisico e o simbolo do LED. A cor da radiação depende dos materiais usados. Quanto maior o LED mais luz emite e maior é a corrente necessaria. A identificação dos terminais é feita pelo tamanho dos terminais (o maior é o anodo) ou pela marca (chanfro) existente na parte inferior (o catodo,K, está proximo do chanfro).
Figura 11 - Diodo Emissor de Luz (LED) - ( a ) simbolo ( b ) aspecto fisico
A polarização do LED é basicamente a mesma do diodo comum, anodo positivo, o LED conduz (se a corrente for adequada) e acende, anodo negativo o LED apaga. A tensão no diodo quando polarizado diretamente varia de 1,5 V a 2 V depende da corrente e da cor do LED. A Figura 12a mostra um LED vermelho polarizado diretamente, a medida da corrente e da tensão no LED. Cuidado com excesso de corrente ou tensão reversa em exces
Figura 12 - ( a ) LED polarizado diretamente ( b ) LED polarizado reversamente
Fonte: Multisim v.14
A polarização
Consiste basicamente em estabelecer uma corrente, pois a luminosidade depende da intensidade da corrente. O problema é que a tensão no LED pode variar de 1,5 V a 2 V para um LED com as mesmas dimensões e cor.
O circuito de polarização mais simples consiste em ligar uma resistencia em serie com o LED, como na Figura 12a. Normalmente considera-se 1,5 V como a queda de tensão. Por exemplo se a alimentação é 12 V e o LED necessita de 20 mA para funcionar e admitindo-se 1,5 V a queda de tensão no LED o valor de R será:
R=(12 - 1,5)V/20mA = 0,525 kOhm = 525 Ohm
Na Figura 12 foi adotado o valor comercial de 220 Ohms, neste caso o brilho do LED é alto. Voce sabendo a ordem de grandeza pode escolher outro valor e determinar qual o melhor. Se voce colocar um valor muito alto, por exemplo 10 k, o LED não acende. Se escolher um valor muito baixo, por exemplo 100 Ohms, pode esquentar muito e queimar. Lembra que a montagem do LED no suporte deve ser de forma tal que se olhe na parte frontal e nunca lateral.
3 Fotodiodo
Um fotodiodo funciona ao contrario do LED, isto é, ao receber uma radiação luminosa na junção (polarizada reversamente), produzirá uma corrente que será proporcional à intensidade luminosa. São usados basicamente para detectar a intensidade luminosa (por exemplo em sistemas digitais a presença de luz é ”1” e a ausência “0”). A Figura 13 mostra a polarização e a curva caracteristica onde a intensidade luminosa aparece como parametro
Figura 13 - Fotodiodo ( a ) e ( b ) polarização e simbolo ( c ) Curva caracteristica e reta de carga
A Figura 13c mostra as curvas caracteristica da corrente em função da tensão no diodo, tendo a intensidade luminosa como parametro (mW/cm2 ). A posição da reta de carga depende do valor de Vcc e de R. No escuro, primeira curva o fotodiodo está cortador, a corrente é zero e a tensão nos terminais do diodo é Vcc. Se a luminosidade for suficientemente alta (maior que 4 mW/cm2 ) o diodo satura. A corrente valerá aproximadamente Vcc/R.
Com a incidência de luz na junção a corrente aumentará pois novos portadores de carga serão gerados. A corrente total (I) através da junção será dada por:
I= Is+IIL
Onde
IS é a corrente de saturação, o seu valor so depende da temperatura.
IIL é a corrente devido à radiação incidente, o seu valor so depende da intensidade luminosa.
Normalmente IL >>> Is
Aplicação para o fotodiodo: Transmissão de dados atraves de uma fibra otica. Em uma ponta um emissor de luz, um LED e na outra ponta o receptor, o fotodiodo. LED acesso corresponde a 1 e LED apagado 0, digital.
4 Experiencia: Diodo Emissor de Luz (LED)
4.1 Abra o arquivo ExpEN1_12_Diodo_Emissor_de_Luz (Multisim 14) e identifique a Figura 14. Inicie a simulação. Meça a corrente e a tensão nos dois LEDs, LED1 e LED2. Anote os valores medidos bem como a condição de cada LED (cortado/conduzindo). Para selecionar qual LED é ligado na fonte de 12 V, use a chave S1, clicando na barra de espaço do teclado (SPACE).
Figura 14 - Diodo Emissor de Luz - LED para experiencia
Fonte: Multisim v.14
Fonte: Multisim v.14
Arquivo Multisim Live
LED1: ILED=___________VLED=_________ Condição=____________
LED2: ILED=___________VLED=_________ Condição=____________
4.2 Aumente a resistencia R1 para 100 k. O que acontece? Justificar.
4.3 Escreva as suas conclusões.
5 Experiencia: Circuito limitador positivo
5.1. Abra o arquivo ExpEN1_13_Limitador_positivo (Multisim 14) e identifique o circuito da Figura 15.
5.2. Inicie a simulação. Abra o osciloscopio e anote as formas de onda de entrada, Ve, e saida Vs. Compare com os valores esperados.
5.3. Mude a amplitude da senoide para 200mVpk e repita os itens anteriores. O que acontece com a saida para essa entrada? Justificar.
Figura 15 - Circuito limitador positivo
Fonte: Multisim v.14
Fonte: Multisim v.14
Arquivo Multisim Live
5.4 Execute uma analise DC sweep para isso vá em Simulate>>Analyses and simulation>> DC Sweep>Run para ver a curva de transferencia.
Atenção para a origem (0,0).
5.5 Escreva as suas conclusões.
6 Experiencia: Circuito limitador negativo
6.1 Abra o arquivo ExpEN1_14_Limitador_negativo (Multisim 14) e identifique o circuito da Figura 16.
6.2 Inicie a simulação. Abra o osciloscopio e anote as formas de onda de entrada, Ve, e saida Vs. Compare com os valores esperados.
6.3 Mude a amplitude da senoide para 200mVpk e repita os itens anteriores. O que acontece com a saida para essa entrada? Justificar.
Figura 16 - Limitador negativo
Fonte: Multisim v.14
Arquivo Multisim Live
6.4. Execute uma analise DC sweep para isso vá em Simulate>>Analyses and simulation>> DC Sweep>Run para ver a curva de transferencia.
Atenção para a origem (0,0).
6.5. Escreva as suas conclusões.
7 Experiencia: Circuito limitador negativo
7.1 Abra o arquivo ExpEN1_15_Limitador_positivo_negativo (Multisim 14) e identifique o circuito da Figura 17.
7.2 Inicie a simulação. Abra o osciloscopio e anote as formas de onda de entrada, Ve, e saida Vs. Compare com os valores esperados.
7.3.Mude a amplitude da senoide para 200mVpk e repita os itens anteriores. O que acontece com a saida para essa entrada? Justificar.
Figura 17 - Limitador positivo/negativo
Arquivo Multisim Live
7.4 Execute uma analise DC sweep para isso vá em Simulate>>Analyses and simulation>> DC Sweep>Run para ver a curva de transferencia.
Atenção para a origem (0,0).
7.5 Escreva as suas conclusões.