RETIFICADORES DE PRECISO

1. INTRODUO

Nesta prtica foram estudados os circuitos retificadores de preciso, obtidos a partir da combinao de diodos e amplificadores operacionais.Nos circuitos retificadores convencionais, os valores exatos das quedas de tenso nos diodos no so importantes, pois estes valores so geralmente muito pequenos comparados s tenses retificadas. J em aplicaes onde o sinal do retificador tem amplitude muito pequena, ou se deseja caractersticas de transferncias muito precisas os retificadores convencionais no funcionam corretamente, portanto torna-se necessrio recorrer aos circuitos retificadores de preciso.

2. ANLISE TERICA2.1. Retificador de preciso de onda completa tradicional

Anlise do Primeiro Estgio

Ciclo Positivo

Quando V1 positivo, a tenso de sada no amplificador operacional (V2) ser positiva e o diodo entrar em conduo, portanto se estabelece um caminho de realimentao negativa. A realimentao faz aparecer um curto-circuito virtual entre s duas entradas, desta forma a tenso no terminal de sada V3 ser a mesma do terminal de entrada positiva V1. Pode se dizer que no ciclo positivo o circuito se comporta de maneira anloga ao seguidor de tenso (buffer), a expresso de V3 dada por,

(1)

interessante observar que a tenso em V2 ser dada pela soma da tenso de entrada V1 e a queda de tenso no diodo VD 0,7V.

Ciclo Negativo

Quando V1 negativo, a tenso de sada do amplificador operacional V2 tende a seguir a tenso V1 e o diodo entrar em corte. Desta forma interrompida a realimentao negativa do amplificador operacional que funcionar em malha aberta, portanto a sada V2 ficar saturada no nvel negativo. Como o diodo estar polarizado reversamente no haver corrente no resistor de 10k e V3 permanecer igual a 0 V,

Segundo Estgio

A partir da aplicao da LKC ao circuito, temos chamando de VINV a tenso na entrada inversora,

A realimentao negativa no circuito faz aparecer um curto-circuito virtual entre os dois terminais de entrada, logo a tenso no terminal de entrada negativo igual tenso de entrada do terminal positivo V3. Desta forma a sada V4 do segundo bloco do circuito pode ser expressa por,

(2)

A partir das equaes (1) e (2), observa-se na sada V4 as seguintes situaes para um sinal senoidal aplicado entrada V1:

Ciclo Positivo

(3)

Ou seja, para o semi-ciclo positivo da senide a sada V4 igual entrada V1.

Para o semi-ciclo negativo,

(4)

Observa-se pelo sinal negativo de V1 que para o semi-ciclo negativo da entrada, a sada V4 transfere o sinal de entrada para o eixo positivo.

2.2 Retificador de preciso de onda completa com diodo limitador de saturao

Primeiro Estgio

Semi-ciclo positivo de V1

O primeiro bloco do circuito funciona da seguinte maneira: para V1 positivo, o diodo D2 est conduzindo, portanto a malha de realimentao negativa em torno do amplificador operacional est fechada. Como consequncia um terra virtual aparece no terminal da entrada inversora e a sada do amplificador apresenta uma tenso equivalente queda de tenso do diodo, abaixo do nvel de terra. A tenso negativa far com que o diodo D1 esteja em corte portanto no haver corrente no resistor de realimentao de 1 k, logo a tenso na sada V3 ser igual a zero.

Semi-ciclo negativo de V1

Quando a tenso de entrada V1 negativa, a tenso na entrada negativa tende a seguir esta tenso e tambm se torna negativa, resultando uma tenso positiva na sada do amplificador. Desta forma, o diodo D2 ficar reversamente polarizado e entrar em corte, mas o diodo D1 ir conduzir atravs do resistor de 1 k, fechando assim a realimentao negativa e novamente ir aparecer um terra virtual na entrada inversora.Nesta situao os resistores de realimentao e o resistor da entrada inversora estaro em srie, como eles so iguais, a tenso de sada V3 ser,

Segundo Estgio

Para o segundo estgio do circuito utilizando tambm anlise nodal, a expresso para a sada V4 encontrada nas etapas abaixo,

Devido ao curto-circuito virtual causado pela alimentao negativa, a tenso na entrada inversora se torna igual tenso da entrada no inversora, que est aterrada, portanto VINV = 0. Logo a expresso para o segundo bloco do circuito, se torna:

A partir da expresso acima, observa-se que aplicando um sinal senoidal entrada V1, no semi-ciclo positivo da senide a sada do retificador rebater o sinal para o eixo negativo, ou seja,

E para o semi-ciclo negativo do sinal de entrada, a sada V4 expressa por,

,

ou seja, V4 o prprio V1 que est no semi-ciclo negativo.

3. DADOS EXPERIMENTAIS E ANLISE

3.1. Retificador de preciso de onda completa tradicional

Questes

d) Mea a ondulao (ripple) pico-a-pico da sada (V5) para fi = 20Hz e fi = 200Hz. Explique porque h uma reduo para maiores frequncias.Resposta: Isto acontece porque o tempo necessrio para descarga do capacitor reduzido, logo o ripple tambm reduz.

e) Determine a mxima frequncia de operao do circuito considerando um erro no valor de pico em baixas frequncias (20Hz). Analise a onda em V4.Resposta: 1600Hz

f) Qual o principal parmetro dos componentes usados que limita a mxima frequncia?Resposta: O parmetro que limita a frequncia deste circuito, a slew-rate (taxa mxima de variao da tenso de sada), pois quando a tenso de entrada V1 negativa, o amplificador operacional do primeiro estgio se encontra saturado. Visto que a volta para a regio linear de operao demanda um certo tempo, esse atraso retardar o funcionamento do circuito e limitar a frequncia do circuito retificador.

3.2. Retificador de preciso de onda completa com diodo limitador de saturao

Questes

d) Determine a mxima frequncia de operao considerando um erro mximo de 30% (V4).Resposta: 390Hz

e) Explique porque a mxima frequncia neste caso superior do circuito anterior.Resposta: Neste circuito, a incluso do diodo D2 faz com que seja mantido fechado o caminho de realimentao em torno do amplificador operacional durante os perodos em que o diodo retificador D1 est desligado, isto evita que o amp. op. sature.

4. CONCLUSES

Conforme j foi mencionado, os retificadores de preciso pelas suas caractersticas de transferncia muito precisas encontram diversas aplicaes no projeto de sistemas de instrumentao.

5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

A. Sedra, K. Smith. Microeletrnica. Pearson Prentice Hall, 5 edio, 2007.

R. Boylestad, L. Nashelsky. Dispositivos Eletrnicos e Teoria de circuitos, Pearson Prentice Hall, 8 edio, 2004.

Datasheet TL084http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl084.pdf