Limitador e multiplicador de tensão

Junto com os circuitos de formação de onda, como clippers e clampers, diodos são usados para construir outros circuitos, como limitadores e multiplicadores de tensão, que discutiremos neste capítulo. Os diodos também têm outra aplicação importante conhecida como retificadores, que será discutida posteriormente.

Limiters

Outro nome com que frequentemente nos deparamos ao passar por esses clippers e clampers é o circuito limitador. UMAlimiter circuito pode ser entendido como aquele que limita a tensão de saída de exceder um valor pré-determinado.

Este é mais ou menos um circuito clipper que não permite que o valor especificado do sinal seja ultrapassado. Na verdade, o recorte pode ser denominado como uma extensão extrema de limitação. Portanto, a limitação pode ser entendida como um recorte suave.

A imagem a seguir mostra alguns exemplos de circuitos limitadores -

O desempenho de um circuito limitador pode ser entendido a partir de sua curva característica de transferência. Um exemplo dessa curva é o seguinte.

Os limites inferior e superior são especificados no gráfico que indica as características do limitador. A tensão de saída para tal gráfico pode ser entendida como

$$ V_ {0} = L _ {-}, KV_ {i}, L _ {+} $$

Onde

$$ L _ {-} = V_ {i} \ leq \ frac {L _ {-}} {k} $$

$$ KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k} $$

$$ L _ {+} = V_ {i} \ geq \ frac {L _ {+}} {K} $$

Tipos de Limitadores

Existem alguns tipos de limitadores, como

Unipolar Limiter - Este circuito limita o sinal de uma maneira.
Bipolar Limiter - Este circuito limita o sinal de duas maneiras.
Soft Limiter - A saída pode mudar neste circuito, mesmo para uma ligeira mudança na entrada.
Hard Limiter - A saída não mudará facilmente com a mudança no sinal de entrada.
Single Limiter - Este circuito emprega um diodo para limitação.
Double Limiter - Este circuito emprega dois diodos para limitação.

Multiplicadores de tensão

Existem aplicações em que a tensão precisa ser multiplicada em alguns casos. Isso pode ser feito facilmente com a ajuda de um circuito simples usando diodos e capacitores. A tensão se dobrada, tal circuito é chamado de Voltage Doubler. Isso pode ser estendido para fazer um Tripler de Voltagem ou um Quadrupler de Voltagem ou assim por diante para obter altas tensões DC.

Para obter um melhor entendimento, vamos considerar um circuito que multiplica a tensão por um fator de 2. Este circuito pode ser chamado de Voltage Doubler. A figura a seguir mostra o circuito de um dobrador de tensão.

A tensão de entrada aplicada será um sinal AC que está na forma de uma onda senoidal, conforme mostrado na figura abaixo.

Trabalhando

O circuito multiplicador de tensão pode ser compreendido analisando cada meio ciclo do sinal de entrada. Cada ciclo faz com que os diodos e os capacitores funcionem de maneira diferente. Vamos tentar entender isso.

During the first positive half cycle- Quando o sinal de entrada é aplicado, o capacitor $ C_ {1} $ é carregado e o diodo $ D_ {1} $ é polarizado diretamente. Enquanto o diodo $ D_ {2} $ é polarizado reversamente e o capacitor $ C_ {2} $ não recebe nenhuma carga. Isso faz com que a saída $ V_ {0} $ seja $ V_ {m} $

Isso pode ser entendido na figura a seguir.

Portanto, durante 0 a $ \ pi $, a tensão de saída produzida será $ V_ {max} $. O capacitor $ C_ {1} $ é carregado através do diodo polarizado direto $ D_ {1} $ para dar a saída, enquanto $ C_ {2} $ não carrega. Esta tensão aparece na saída.

During the negative half cycle- Depois disso, quando chega o meio ciclo negativo, o diodo $ D_ {1} $ recebe polarização reversa e o diodo $ D_ {2} $ obtém polarização direta. O diodo $ D_ {2} $ obtém a carga através do capacitor $ C_ {2} $ que é carregado durante este processo. A corrente então flui através do capacitor $ C_ {1} $ que descarrega. Isso pode ser entendido na figura a seguir.

Portanto, durante $ \ pi $ a $ 2 \ pi $, a tensão no capacitor $ C_ {2} $ será $ V_ {max} $. Enquanto o capacitor $ C_ {1} $ que está totalmente carregado, tende a descarregar. Agora, as tensões de ambos os capacitores juntos aparecem na saída, que é $ 2V_ {max} $. Portanto, a tensão de saída $ V_ {0} $ durante este ciclo é $ 2V_ {max} $

During the next positive half cycle- O capacitor $ C_ {1} $ é carregado da fonte e o diodo $ D_ {1} $ é polarizado diretamente. O capacitor $ C_ {2} $ retém a carga, pois não encontrará uma maneira de descarregar e o diodo $ D_ {2} $ recebe polarização reversa. Agora, a tensão de saída $ V_ {0} $ deste ciclo obtém as tensões de ambos os capacitores que aparecem juntos na saída, que é $ 2V_ {max} $.

During the next negative half cycle- O próximo meio ciclo negativo faz com que o capacitor $ C_ {1} $ descarregue novamente de sua carga total e o diodo $ D_ {1} $ para reverter a polarização enquanto $ D_ {2} $ para a frente e o capacitor $ C_ {2} $ para carregar mais para manter sua tensão. Agora, a tensão de saída $ V_ {0} $ deste ciclo obtém as tensões de ambos os capacitores que aparecem juntos na saída, que é $ 2V_ {max} $.

Conseqüentemente, a tensão de saída $ V_ {0} $ é mantida em $ 2V_ {max} $ ao longo de sua operação, o que torna o circuito um dobrador de tensão.

Multiplicadores de tensão são usados principalmente onde altas tensões CC são necessárias. Por exemplo, tubos de raios catódicos e tela de computador.

Divisor de Tensão

Enquanto diodos são usados para multiplicar a tensão, um conjunto de resistores em série pode ser transformado em uma pequena rede para dividir a tensão. Essas redes são chamadas deVoltage Divider redes.

O divisor de tensão é um circuito que transforma uma tensão maior em uma menor. Isso é feito usando resistores conectados em série. A saída será uma fração da entrada. A tensão de saída depende da resistência da carga que ela aciona.

Vamos tentar saber como funciona um circuito divisor de tensão. A figura abaixo é um exemplo de uma rede divisora de tensão simples.

Se tentarmos desenhar uma expressão para a tensão de saída,

$$ V_ {i} = i \ esquerda (R_ {1} + R_ {2} \ direita) $$

$$ i = \ frac {V- {i}} {\ left (R_ {1} + R_ {2} \ right)} $$

$$ V_ {0} = i \: R_ {2} \ rightarrow \: i \: = \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} $$

Comparando ambos,

$$ \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} $$

$$ V_ {0} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} R_ {2} $$

Esta é a expressão para obter o valor da tensão de saída. Portanto, a tensão de saída é dividida dependendo dos valores de resistência dos resistores na rede. Mais resistores são adicionados para ter diferentes frações de diferentes tensões de saída.

Vejamos um exemplo de problema para entender mais sobre os divisores de tensão.