E3 2006 2007 Apontamentos aulas teoricas parte2 v07.oo -...

Versão 7 - 2006/12/19 1

Electrónica III

Ano lectivo 2006/2007

Emanuel G.B.C. Martins

(Parte 2)

UNIVERSIDADE DE COIMBRAFACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIADepartamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores

2

Filtros de condensadores comutados

Electrónica III – Ano Lectivo 2006/2007

3

Filtros de condensadores comutados- Teoria de base de um condensador comutado


4

Filtros de condensadores comutados- Integrador inversor feito com condensador comutado


5

Filtros de condensadores comutados- Integrador feito com condensador comutado


6

Filtros de condensadores comutados- Amplificador inversor feito com condensador comutado


7

Filtros de condensadores comutados- Filtro passa-baixo de 1ª ordem, Filtro passa-baixo RC com ganho


8

Filtros de condensadores comutados- O problema das capacidades parasitas. Como é ultrapassado.


9

Filtros de condensadores comutados-O problema das capacidades parasitas. Como é ultrapassado (2).- Integrador não-inversor.


10

Filtros de condensadores comutados- Filtro activo normal com ampops, resistências e condensadores.- Mesmo filtro implementado com condensadores comutados.


11

Filtros de condensadores comutados- Filtros disponíveis comercialmente: MF 10 da MAXIM


12

Filtros de condensadores comutados- Condensadores comutados programáveis, o princípio básico.


13

Filtros de condensadores comutados- Filtro activos universais (biquadráticos) programáveis: o MAX 260


14

Filtros de condensadores comutados- Filtro activos universais (biquadráticos) programáveis: MAX 260 (2)


15

Filtros de condensadores comutados- Filtro activos universais (biquadráticos) programáveis: MAX 260 (3)


16

Osciladores e geradores de sinais


(capítulo 12 do livro “Microelectronic circuits”, 4th edition)

- Condição de oscilação- Controlo da amplitude- Osciladores lineares com ampop e RC:

Oscilador em ponte Wien.Oscilador por desvio de fase.

- Osciladores LC: Colpits, Hartley- Osciladores a cristal

- Osciladores comandados por tensão (VCO)- PLL e osciladores com PLLs

17

Osciladores e geradores de sinais- Condição de oscilação


Critério de Barkhausen:

A(s) ×β(s) = 1

A fase do produto Aβ

tem que ser 0

O ganho de Aβ

tem que ser 1

Para o circuito oscilar apenas numa frequência, entãoo critério só se poderá verificar numa frequência.

18

Osciladores e geradores de sinais- Controlo da amplitude


Sendo difícil manter as condições de oscilações é necessário garantir que haja uma forma “automática” de manter o circuito a oscilar.

- Exemplo 1: Controlo de amplitude do “oscilador em ponte de Wien” usado no trabalho prático nº 5.

- Exemplo 2 (fig. 12.3): ganho reduz-se com a amplitude.

19

Osciladores e geradores de sinais- Osciladores lineares com ampop e RC: oscilador em ponte Wien.


Oscilador em ponte de Wien (trabalho prático nº 5):

20

Osciladores e geradores de sinais- Oscilador em ponte Wien com estabilização da amplitude.


Oscilador em ponte de Wien (trabalho prático nº 5):

21

Osciladores e geradores de sinais- Osciladores lineares com ampop e RC: oscilador de desvio de fase


Só oscila na frequência onde o desvio de fase é 0º (-180º do desvio de fase e -180º do ganho negativo do amplificador)

22

Osciladores e geradores de sinais- Osciladores LC: Colpits , Hartley


- Não é praticável implementar osciladores com AmpOps acima dos 100kHz-1MHz, os ampops têm limitações de largura de banda e de “slew-rate”.

- Para frequências acima de 100kHz costuma-se usar oscilador baseados em transístor (MOSFET, BJTs)

23

Osciladores e geradores de sinais- Osciladores LC: Colpits , Hartley , frequências de oscilação


Frequência de oscilação do oscilador de Colpits:

Frequência de oscilação do oscilador de Hartley:

++++

====

21

21

1

CC

CCL

Oωωωω

(((( ))))CLLO

21

1

++++====ωωωω

24

Osciladores e geradores de sinais- Análise breve do oscilador Colpits


25

Osciladores e geradores de sinais- Esquema completo de um oscilador Colpits feito com BJT


26

Osciladores e geradores de sinais- Cristal de Quartzo: esquema eléctrico equivalente


- os cristais tipo paralelo (99%) têm uma frequência de oscilaçãoparalela muito estável com atemperatura e com choqueMecânico, ao contráriodos “tanques LC”

27

Osciladores e geradores de sinais- Oscilador a cristal: oscilador Colpits com cristal paralelo.


- Os oscilador tipo o desenhado abaixo são os utilizados para implementar a frequência de relógio dos microprocessadores (pelo menos é o mais usado até 50MHz)

- Sem Rf não se estabelece um amplificador inversor e por isso o circuito não oscila.

28

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos


(secções 12.4-12.7 12 do livro “Microelectronic circuits”, 4th edition)

29

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- Circuito biestável inversor.


30

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- Circuito biestável não-inversor.


31

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- Como fazer um gerador de onda rectangular com um circuito biestável inversor, o multivibrador astável.


32

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- Multivibrador astável (2).


33

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- Como gerar formas de onda triangulares com biestável não-inversor.


34

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- “Formatar” as tensões de saída dos ampops


35

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- Um multivibrador monoestável feito com ampop.


- Possui um estado estável,- Tem um estado quase-estável, que pode ser “disparado” (“triggered”),- Mantém “algum tempo” no estado temporário e depois volta ao estado estável.Aplicações do circuitos monoestáveis: Temporizações simples.

36

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- O circuito integrado 555,- Multivibrador astável feito com circuito 555.


Circuito 555:- Detectores de nível a 1/3Vcc e 2/3 Vcc,- Flip-flop que indica o estado do circuito,- Transístor de descarga para facilitar

a implementação de um astável.

Multivibrador astável feito com o C.I. 555:

- Condensador C carrega desde 1/3Vcc até2/3 Vcc pela resistências RA e RB.

- Quando VC atinge 2/3 Vcc é dada uma ordem de “reset” ao Flip-Flop RS- O transístor Q1 descarrega C através de RB até que VC = 1/3Vcc.- O comparador 2 faz um “set” ao Flip-Flop RS. O transístor Q1 é desligado.- Volta a repetir-se a carga do condensador.

37

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- Monoestável feito com circuito integrado 555.


Monoestável feito com o C.I. 555:- Entrada (-) do comparador 2 é

é mantida a +Vcc. Estado estável.Q1 está sempre ligado. VC=0.

- Quando entrada (-) vai abaixo de1/3Vcc, então o flip-flop passa a “set”,desliga Q1 e C começa a carregar.

- Quando VC=2/3Vcc o flip-flop édesligado. Espera novo“trigger”.

38

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- Oscilador controlado por tensão, VCO – “Voltage Controlled Oscillator”- O C.I. 74HC4046 , “CMOS Phase Lock Loop”


VCO feito com multivibrador astável:- Um entrada em tensão

controla uma fonte de corrente

- Se a corrente é elevada, o condensador carrega/descarregadepressa

- Se a corrente é pequena, o condensador carrega/descarregadevagar.

- A frequência de VCO out étanto maior quanto maior for VCO in

39

Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- O C.I. 74HC4046 , “CMOS Phase Lock Loop”


40


Geradores de ondas rectangulares e de pulsos- Oscilador programável feito com PLL e VCO

41


Reguladores de tensão lineares- Esquema genérico

42


Reguladores de tensão lineares- Esquema genérico com protecção de curto-circuito na saída

43


Reguladores de tensão lineares- Esquema interno do 78xx (Motorola)

44


Reguladores de tensão lineares- Esquema interno do 78xx (National)

45


Reguladores de tensão lineares- Esquema tipo de um regulador linear de tensão com Darlington NPN

46


Reguladores de tensão lineares- Esquema tipo de um regulador linear de tensão “low-dropout”

47


Reguladores de tensão lineares- Comparação entre os reguladores “standard” e “low-dropout”

48


Reguladores de tensão lineares- Aplicações menos usuais com reguladores de tensão.

(Datasheet do regulador 78xx da ST)

- Regulador de corrente constante- Circuito para aumentar a tensão de saída- Regulador de tensão de elevada corrente- Protecção de curto-circuito- Regulador com entrada de alta-tensão.

49


Reguladores de tensão comutados- Topologias básicas DC-DC com indutores

(consulta na net) (cópia local)(consulta na net) (cópia local)

- Buck converter step-down- Boost converter step-up- Buck-boost converter- Flyback converter

50


Reguladores de tensão comutados- Buck converter, step-down

51


Reguladores de tensão comutados- Buck converter, step-down (2)

52


Reguladores de tensão comutados- Boost converter, step-up

53


Reguladores de tensão comutados- Boost converter, step-up (2)

54


Reguladores de tensão comutados- Buck-Boost converter, Flyback converter

55


Reguladores de tensão comutados- Buck-Boost converter, Flyback converter (2)

56


Reguladores de tensão comutados- Flyback com transformador

57


Reguladores de tensão comutados- Flyback converter isolado (2)

58


Reguladores de tensão comutados- Como se faz o controlo do comutador em função da tensão à saída?

- O erro entre uma fracção da tensão de saída da fonte e uma tensão de referência éligeiramente amplificado (10 a 20 vezes) e a tensão resultante é entregue a um comparador.

- A tensão de erro é comparada com uma tensão variável em rampa

-Se a tensão de saída estiver “fraca” então o transístor de comutação vai estar mais tempo ligado (tipicamente com dutycycles até 75%)

- Se a tensão de saída estiver “forte”, então o “duty cycle” émuito pequeno (10% ou menos) ou mesmo nulo.

59


Reguladores de tensão comutados- Limitação da corrente máxima no controlo PWM.

- Outra forma de controlar o PWM é por análise da corrente que está a atravessar o o transístor (só para topologias “step-up” e “flyback”).

- Se a tensão de saída é“baixa”, então é permitido que a corrente na bobina atinja valores mais elevados.

- Se a tensão de saída é “alta”então o comutador desliga para correntes de pico mais baixas.

60


Reguladores de tensão comutados- Controlo da tensão por erro de tensão e limitação da corrente.- Nos reguladores actuais das SMPS é normal fazer o controlo do “duty-cycle”baseado no erro da tensão de saída comparado com um sinal em rampa, mas, limitado por forma a não se ultrapassar uma corrente limite que implicaria a destruição do transístor MOSFET.(Exemplo: reguladores TOP Switch da power integrations www.powerint.com)

61


Reguladores de tensão comutados-Controlo da tensão de saída por número de pulsos ligados.(Reguladores TNY da power integrations www.powerint.com)

- Uma outra forma de controlar a tensão de saída é enviar pulsos de corrente máxima controlada. Sempre que a tensão se saída estiver “boa”, então não éenviado nenhum pulso.

- Em vez de se controlar a duração do pulso pelo erro de tensão ou pela corrente máxima, controla-se se é para enviar um pulso completo (tensão de saída é fraca) ou não (tensão de saída está aceitável).

E3 2006 2007 Apontamentos aulas teoricas parte2 v07.oo -...

Documents

Transcript of E3 2006 2007 Apontamentos aulas teoricas parte2 v07.oo -...