Portanto, a tensão de saída V₀ será:

E se V₀ = - 6,78 V, então V_a = - 6,08 V. Logo, esta premissa também não satisfaz a solução do problema, pois com V_a = - 6,08 V significa que D₁ está conduzindo.

Portanto, deve-se considerar a alternativa em que D₁ e D₂ estão conduzindo. Se D₁ está conduzindo, então V_a = - 0,7 V. Na Figura 65-02 mostramos o circuito com a indicação das correntes. Conhecendo-se V_a é possível calcular V₀, pois basta somar a queda de tensão sobre D₂. Logo:

Para completar a solução do problema vamos calcular as correntes no circuito.

Do circuito, sabe-se que I₀ = I₁ + I_D. Então:

Portanto, após estabelecer várias premissas foi possível constatar que a única viável foi a última. As outras duas anteriores entraram em conflito.

Este exemplo serviu para ilustrar uma das técnicas mais utilizadas para a solução deste tipo de problema. Na aba problemas há vários circuitos propostos com suas respectivas soluções.

Voltar ao Topo

Em muitas aplicações há necessidade de se limitar a forma de onda em um determinado nível de tensão ou corrente, deixando passar somente o sinal que ocorre acima ou abaixo de um valor pré-determinado. Este recurso é utilizado em aplicações que incluem a limitação de amplitudes excessivas, formação de determinados tipos de formas de onda e também, no controle da potência entregue a uma carga.

Os diodos podem ser combinados com resistores para executar a função de um limitador. As características de transferência do circuito são obtidas usando o modelo de circuito da queda de tensão constante do diodo (V_D = 0,7 V). Porém, supõe-se uma transição suave entre as regiões linear e de saturação das características de transferência.

Podemos ter um limitador simples, quando só uma das polaridades da forma de onda é limitada. Ou, um limitador duplo, quando tanto a parte positiva como negativa da forma de onda são limitadas.

Voltar ao Topo

Inicialmente, vamos estudar o limitador do tipo simples e analisar seu comportamento quando submetido a uma onda senoidal.

Na Figura 65-03, apresentamos o esquema de um limitador simples composto por um diodo e um resistor. Quando a tensão V_i (por suposição uma onda senoidal) está no semiciclo positivo e alcança o valor de 0,7 V, o diodo D entra em condução não permitindo que a tensão V_o ultrapasse esse valor. Para o semiciclo negativo de V_i, o diodo está cortado e em V_o, aparece a tensão de entrada sem qualquer alteração. Ou seja, a tensão de saída apresentará somente o semiciclo positivo ceifado. Por isso esse circuito também é conhecido como CIRCUITO CEIFADOR.

Na Figura 65-04, apresentamos o gráfico da característica de transferência do circuito. Note que para valores negativos de V_i temos uma resposta linear à tensão de entrada. Para valores positivos, a resposta não é linear, fixando a tensão de saída em 0,7 V. Evidentemente que podemos obter, na saída, tensões múltiplos de 0,7 V, desde que se adiocione diodos em série.

Veja na Figura 65-05, a representação de uma forma de onda senoidal na entrada e aparecendo na saída a onda ceifada no semiciclo positivo. Note que foi usada uma tensão com 1 volt de pico na entrada. Se a tensão de pico na entrada for menor que 0,7 V, então não haverá nenhum ceifamento, pois a tensão de entrada não ultrapassa a tensão de condução do diodo. Portanto, podemos usar este circuito sempre que necessitarmos proteger a entrada de algum circuito contra sobretensão.

Na prática, há situações em que há necessidade de se limitar o ceifamento em uma tensão diferente de 0,7 V. Neste caso, há a possibilidade de se agregar uma fonte de tensão em série com o diodo para deslocarmos o ponto de atuação do diodo.

Na Figura 65-06 mostramos o circuito modificado, onde uma fonte de tensão V_d, valor este que é o quanto queremos deslocar o ponto de ceifamento, foi adicionada em série com o diodo. Assim, o ponto de ceifamente será dado por V_d + 0,7 volts. Note que se o valor de pico da tensão de entrada V_i não atingir o valor V_d + 0,7 volts, a onda senoidal não sofrerá ceifamento, aparecendo na saída sem qualquer alteração.

Evidentemente que se desejarmos um ceifamento somente no semiciclo negativo, então devemos inverter a posição do diodo e da fonte V_d no circuito acima. Com isso, estaremos provocando um ceifamento no semiciclo negativo da onda senoidal, enquanto não alteramos o semiciclo positivo.

Voltar ao Topo

O limitador duplo atua em ambas partes da senoide, positiva e negativa. O circuito mais comum para obter essa limitação é o apresentado na Figura 65-07. São dois diodos conectados em paralelo e na disposição chamada contra-fase.

O diodo D₁ atua no semiciclo positivo da senoide, enquanto D₂ atua no semiciclo negativo.

Na Figura 65-08 apresentamos o gráfico da característica de transferência do circuito limitador duplo. Note que a tensão de saída está limitada entre as tensões + V_D e - V_D. Assim, mesmo que a tensão de entrada seja aumentada de forma significativa, a tensão na saída será mantida entre os dois valores acima.

Naturalmente, que no limitador duplo vale o mesmo conceito de se adicionar uma fonte de tensão em série com o diodo para deslocarmos o ponto de ceifamento da onda na saída. Fazendo as fontes de tensão com valores diferentes, teremos pontos de ceifamento diferentes, ou seja, na saída vamos obter uma forma de onda assimétrica.

Na Figura 65-09 podemos ver um circuito limitador duplo com fontes de tensão conectadas em série com os diodos. Isto ocasiona um deslocamento do ponto de ceifamento na saída do circuito. Note que os dois conjuntos estão em paralelo. Se V_D1 > V_D2 ou V_D1 < V_D2, vamos obter uma forma de onda assimétrica na saída.

O gráfico da característica de transferência do circuito é semelhante ao da Figura 65-08. Naturalmente, para o semiciclo positivo da senoide, devemos substituir o valor V_D por V_D1 + V_D. E para o semiciclo negativo da senoide, devemos substituir - V_D por - (V_D2 + V_D ). Para se eliminar as fontes de tensão em série com os diodos, podemos utilizar os diodos zener. Vamos estudar estas configurações no próximo item.

Voltar ao Topo

Uma das formas de se evitar usar fontes de tensão em série com diodos para se conseguir determinado nível de ceifamento, é o uso do diodo zener. Como temos diodos zener com várias tensões de operação, podemos escolher a que mais atende nossas necessidades.

Na Figura 65-10 mostramos o circuito usando o zener como um limitador de tensão. Note que nesse caso, o zener não permitirá que na saída o semiciclo positivo do sinal de entrada ultrapasse a tensão de trabalho do zener. Com isso, na saída teremos um sinal ceifado no semiciclo positivo com uma tensão máxima igual à tensão V_z.

Porém, este circuito apresenta um problema quando a tensão de entrada passar para o semiciclo negativo da senoide. Isto devido ao fato que no semiciclo negativo o diodo zener vai se comportar como um diodo comum, ou seja, o pico negativo, na saída, estará limitado em um valor igual a - 0,7 V. Veja na Figura 65-11 como seria a tensão de saída usando um zener com uma tensão de operação da ordem de 6,2 volts e sendo a tensão de entrada dada pela função V_i = 10 sen ω t.

Repare que o semiciclo positivo da senoide fica limitado em 6,2 V, enquanto o semiciclo negativo fica limitada em - 0,7 V. Então, a variação máxima (de pico a pico) do sinal na saída do circuito será igual a diferença das duas tensões, ou seja, V_o = 6,2 - (- 0,7) = 6,9 volts.

Mas, para tudo existe solução. Por isso, se acrescentarmos um diodo comum em série com o zener, conectado da maneira como está representado na Figura 65-12, em princípio, resolvemos o problema.

Falamos "em princípio", pois se prestarmos bastante atenção à Figura 65-12 vamos perceber que a tensão de saída do circuito será dada por V_o = V_z + V_D. Ou seja, na tensão de saída temos que acrescentar a queda de tensão no diodo, além da tensão de zener. Naturalmente que isto só é válido para o semiciclo positivo da senoide da tensão de entrada.

Assim que a tensão de entrada passar pra o semiciclo negativo, o diodo entrará na zona de corte, resultando um circuito aberto, como se não existissem o diodo e o zener. Logo, a parte negativa da senoide aparece integralmente na saída sem sofrer qualquer alteração. Portanto, com o acréscimo de um diodo, voltamos a conseguir um ceifador que limita só o semiciclo positivo da tensão de entrada.

Evidentemente, se desejarmos um ceifador somente com corte no semiciclo negativo da senoide, basta inverter o sentido dos dois componentes.

Voltar ao Topo

Para conseguirmos um limitador duplo, podemos combinar zener com zener ou zener com diodo. Vamos analisar algumas configurações possíveis.

Na Figura 65-13 mostramos como podemos realizar um limitador duplo. Note que a conexão está na configuração série, com os componentes na chamada disposição em contra-fase. Na figura, estamos representando a situação em que a tensão de entrada está no semiciclo positivo da senoide.

Dessa forma, o zener da parte superior da figura se comportará como zener, enquanto o zener inferior se comportará como um diodo comum. Isso está explicito com a indicação de V_z e V_D ao lado de cada zener. Logo, nessa configuração, com o semiciclo positivo da senoide, vamos obter a tensão de saída dada pela equação V_o = V_z + V_D.

Agora, na Figura 65-14 estamos representando a situação em que a tensão de entrada está no semiciclo negativo da senoide. Repare na inversão das indicações de V_z e V_D ao lado de cada zener, em relação à Figura 65-13. Nessa situação é o zener inferior que está atuando como zener, enquanto o zener superior atua como um diodo comum.

Logo, nessa configuração, com o semiciclo negativo da senoide, vamos obter a tensão de saída dada por V_o = - V_z - V_D ou V_o = - (V_z + V_D ).