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ANALÓGICA
Circuitos rfssonantfs
Acombina~ão
indutor-capacitor conserva energia de um modo particular
Se ligarmos um capacito r carregado em paralelo a
um indutor (como se pode ver na figura), este começa
a descarregar-se,
com uma corrente
"travada"
pelo
indutor mas progressivamente crescente.
Uma vez que o capacitor está descarregado, a
corrente não pode parar de repente: o indutor tenta
mantê-Ia (ver lição 6), fazendo com que o capacitor
volte a carregar-se mas, desta vez, com polaridade
oposta.
Neste momento o fenômeno repete-se ao contrário: a
energia divide-se para a frente e para trás, provocan-
do uma oscilação com uma freqüência ("de resso-
nância") que depende dos valores dos
componentes.
J
C descarrega-se
carregando
L
C está carregando,
L
mantém
a corrente
C
recarregou-se,
ao
contrário
ciclo
repete-se no
outro
sentido
o
Circuito ressonante:
a
carga
do
capacitor converte-se num campo
magnético
e
depois novamente numa
carga elétrica.
A figura mostra um equivalente mecânico do circui-
to oscilante: um pêndulo, onde a altura representa a
tensão e a velocidade corresponde
à
corrente.
Quando o pêndulo está parado no ponto mais alto
da sua trajetória, tem uma energia
potencial
equi-
valente
à
carga elétrica do capacitor.
Quando está no ponto mais baixo, tem uma energia
cinética (ou seja, de movimento), correspondente
à
carga magnética do indutor: funciona por
"inércia".
o
pêndulo oscila
com uma freqüência determinada, mudando
continuamente
a
forma
de
acumulação
da
energia.
C carregado
...--1
L
carregado
NÃO VAI AO INFINITO
Tanto no caso mecânico (pêndulo) como no elétrico
(circuito LC), a oscilação diminui, ou seja, decresce
progressivamente
de intensidade por causa das
inevitáveis perdas.
Resistência
do indutor
Rs
São principalmente devidas ao resistor em série do
indutor, o do fio; embora com menos importância,
também contribuem as perdas do capacitor, simila-
res a um resisto r em paralelo.
De qualquer forma, sem contar com estas disper-
sões, o circuito oscilante não tem dissipação
de
energia: se os componentes fossem perfeitos, a os-
cilação manteria sempre a mesma amplitude.
i'
RPtt:)l
Perdas do
capacitor
As perdas
do
circuito oscilante são devidas
a
dissipações nas
resistências parasitas, inevitáveis nos componentes reais.
93
ANALÓGICA
Sirie
e
paralelo
Os cir(uitos ressonantes podem ter um (omportamento mais ou menos IIbrus(o" (om a freqüência de ressonância
Para a freqüência de ressonância, um circuito LC tem
(teoricamente) impedância infinita, ou seja, comporta-
se como um circuito aberto, já que mantém a energia e
não a absorve.
A figura mostra um filtro passa-banda: com freqüên-
cias baixas, o indutor tem baixa impedância e o sinal é
atenuado: com freqüências altas, acontece a mesma
coisa com o capacito r.
Filtro passa-banda
paralelo.
realizado
com um circuito
oscilante
LC em
Para a freqüência de ressonância a impedância sobe
bruscamente, como se pode ver no gráfico da resposta
na freqüência, e o sinal passa sem enfraquecimentos.
R
Ressonância
Out
In
li'
~F"q",",,,
CIRCUITO LC EM SÉRIE
Pondo o indutor em série com o capacito r em vez de
em paralelo, obtém-se outro tipo de circuito oscilante: a
impedância
é
normalmente alta, mas diminui brusca-
mente com a freqüência de ressonância.
Portanto, é possível realizar um filtro supressor da
banda (ver lição 17), que deixa passar todas as fre-
qüências, exceto aquela à qual o circuito LC ressoa,
como acontece na figura.
É interessante observar que a tensão (por exemplo) no
indutor pode alcançar valores muito superiores ao da
Filtro supressor
de
banda realizado com um circuito
em série.
oscilante
LC
\
tensão na entrada; este depende do "fator de qualidade"
do circuito.
Um circuito oscilante
com uma determinada
sistentes fazem com
circuito real seja mais
perfeito ressoa perfeitamente
freqüência, mas as perdas re-
que o comportamento de um
impreciso.
/Alto
Q
de qualidade
Q
determina qual é o grau de
brusquidão que tem a ressonância, (ver figura); às ve-
zes acrescenta-se um resistor especial para "suavi-
zar" a resposta.
Também as impedâncias da origem e da carga são
importantes: o resisto r R nos dados altos contribui pa-
ra determinar o comportamento do filtro.
de
qualidade
Q
é
definido como
o
comprimento
(com
-3
dB) dividido pela freqüência da ressonância.
o
fator
/MédiO
Q
/
BaixoQ
o
fator
do
pico
94
OsciladorfS
Um circuito ressonante pode ser utilizado para produzir um
tensão alternada (om a freqüência desejada
'"
~
Para se poderem produzir sinais de alta freqüência,
como o "portador"
utilizado nas transmissões de rádio ou televisão, normalmente não são
utilizados os osciladores descritos na lição 20. No seu lugar, empregam-
se os circuitos ressonantes exatos para a freqüência desejada,
utilizando possivelmente um capacitor ou um indutor variável para
regulá-Ia.
Um amplificador pode ser utilizado para manter a oscilação do circuito
LC, extraindo uma pequena parte do sinal e emitindo-o de novo com
mais energia.
REALIMENTAÇÃO A PARTIR DO INDUTOR
No circuito representado na figura, o circuito exato
constitui a própria carga do transistor amplificado:
uma tomada intermediária
extrai uma parte do sinal
para tornar a enviá-Io para a entrada.
Para adaptar melhor as impedâncias, a realimenta-
ção entra pelo emissor e a base está com a massa
(para o sinal) através do C1 : trata-se de um amplifica-
dor de base comum.
A tomada intermediária no indutor converte-o num
transformador automático, desenvolvendo o mesmo
trabalho que um enrolamento independente (ver lição
7): o circuito é conhecido como oscilador Hartley.
Oscilador
Le
Hartley com transformador automático
reenviar para
a
entrada parte do sinal de saída.
para
I
,-----...--{)+v
cc
c
Base
para
a massa
~--I~OutNV
REALIMENTAÇÃO A PARTIR DO CONDENSADOR
Em vez de uma tomada intermediária no indutor, pode-
se utilizar... uma tomada intermediária no capacito r!
Obtém-se utilizando dois capacitores em série, como
o que está na figura.
Este oscilador Colpitts tem a vantagem de requerer
um indutor simples e econômico sem tomadas inter-
mediárias ou outros enrolamentos.
Vale a pena observar que capacidades e indutâncias
parasitas podem transformar
um amplificador num
oscilador Colpitts não desejado: tem que se ter muito
cuidado, tanto no projeto como na realização.
oscilador Colpitts utiliza um divisor capacitado
parte do sinal de saída.
,----
...•...
--D+v
cc
L
t---I~
Out
NV
o
para extrair uma
95
ANALÓGICA
Osciladores de quartzo
Um cristal de quartzo, depois de adequadamente trabalhado, pode substituir o ressonador electromecânico
é um material piezoeléctrico: se é esmaga-
do produz uma tensão; mas se acontece o contrário,
lhe é aplicada uma tensão que o deforma ligeiramente.
Uma fina lâmina deste material, situada entre dois
eléctrodos metálicos, tem uma freqüência de resso-
nância precisa e estável e um Q muito elevado, como
um circuito LC quase perfeito.
Portanto, é o dispositivo ideal para controlar a fre-
qüência de um oscilador; no entanto, é impossível va-
A estrutura interna de um ressonador de cristal de quartzo
e o
seu
símbolo.
o
quartzo
riar a freqüência pro-
duzida, que depende
apenas das caracte-
rísticas mecânicas.
-11-
OSCILA DORES DE QUARTZO
r-------.-+vcc
Os clássicos osciladores Hartley e Colpitts podem
ser modificados para funcionarem com um quartzo
(cristal) em lugar de com o circuito ressonante LC,
como aparece no exemplo da figura.
O indutor do esquema não faz parte do circuito
ressonante, pois é um
"filtro"
para o sinal, que deixa
passar apenas a componente contínua.
Apesar da sua aparente simplicidade, colocar um
oscilador de quartzo funcionando é sempre uma
situação crítica, e deve ser
realizado
apenas para
um determinado modelo de cristal.
L.......,~"OutNV
Oscilador Colpitts
.
de quartzo,
controlado por um
ressonador
piezoeléctrico
de
cristal de quartzo.
HARMÔNICAS, TEMPERATURA E REGULAÇÃO
Um quartzo pode funcionar também na terceira ou
quinta harmônica da sua freqüência fundamental,
normalmente com a ajuda de um circuito LC exato
com a freqüência desejada.
A dependência da temperatura pode ser limitada
mantendo o cristal com temperatura
constante,
por exemplo com um pequeno aquecedor e o ter-
mostato associado.
Finalmente, com um compensador (trimmer capa-
citado) adequadamente disposto, é possível apor-
tar
minúsculas variações na freqüência do trabalho,
de modo que se adapte com precisão.
quartzo
é
um mineral bastante
características
electromecânicas
o
comum
na
natureza, cujas
resultam-ser úteis para nós.
96

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