Guia do Capacitor – Acoplamento e Desacoplamento

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Acoplamento e Desacoplamento

 

 

Desacoplar capacitores

Ao projetar um circuito, muitos engenheiros iniciantes e entusiastas consideram garantida uma fonte de alimentação estável e bem regulada, apenas para descobrir que seus circuitos não apresentam o desempenho esperado durante os testes ou após a montagem já estar concluída. Circuitos analógicos, como amplificadores de áudio ou rádios, podem produzir um zumbido estranho ou um ruído audível em segundo plano, e circuitos digitais, como microcontroladores, podem se tornar instáveis ​​e imprevisíveis. A razão para esse baixo desempenho geralmente reside no fato de que a tensão de entrada raramente é estável na prática. Em vez disso, quando vista com um osciloscópio, uma fonte de alimentação CC geralmente mostra muitas falhas, picos de tensão e componentes de tensão CA.

 

O que é um capacitor de desacoplamento?

Um capacitor de desacoplamento atua como um reservatório local de energia elétrica. Capacitores, como baterias, precisam de tempo para carregar e descarregar. Quando usados ​​como capacitores de desacoplamento, eles se opõem a mudanças rápidas de tensão. Se a tensão de entrada cair repentinamente, o capacitor fornecerá energia para manter a tensão estável. Da mesma forma, se houver um pico de tensão, o capacitor absorve o excesso de energia.

Os capacitores de desacoplamento são usados ​​para filtrar os picos de tensão e passar apenas pelo componente CC do sinal. A idéia é usar um capacitor de forma que ele desvie ou absorva o ruído, tornando o sinal DC o mais suave possível. Por esse motivo, os capacitores de desacoplamento também são chamados de capacitores de derivação, uma vez que ignoram a fonte de energia quando necessário. Eles podem ser considerados como pequenas fontes de alimentação ininterruptas dedicadas a uma única placa de circuito ou mesmo um único componente em uma placa. Não é incomum ter um único capacitor para cada circuito integrado usado. De fato, em sistemas digitais, quase todos os capacitores na placa podem ser usados ​​para desacoplar.

 

Desacoplamento da fonte de alimentação

Os capacitores de desacoplamento costumam ser usados ​​para desacoplar o circuito da fonte de alimentação. Alguns componentes requerem uma fonte de energia estritamente regulada para funcionar corretamente. Um bom exemplo são microcontroladores e microprocessadores. Se houver um pico de tensão, o programa carregado no processador poderá pular as instruções e começar a se comportar de maneira imprevisível. Os circuitos lógicos digitais também são sensíveis à tensão da fonte de alimentação. Portanto, deve ser bem regulado para operação estável.

Por esse motivo, os capacitores de desacoplamento são adicionados ao circuito para suavizar a tensão da fonte de alimentação. Uma boa regra geral para circuitos digitais é usar um único capacitor de cerâmica de 100nF para cada circuito integrado lógico, bem como um único capacitor eletrolítico maior (até algumas centenas de µF) por placa ou segmento de circuito. O capacitor eletrolítico maior armazena a maior parte da energia no circuito e desacopla as frequências mais baixas. No entanto, os capacitores eletrolíticos têm características fracas de alta frequência e as portas lógicas podem operar em frequências muito altas – os processadores de computador podem ter frequências operacionais na faixa de gigahertz. Nessas frequências mais altas, os capacitores de cerâmica fornecem melhor desacoplamento. Para melhores resultados, o capacitor de desacoplamento deve ser colocado o mais próximo possível do chip.

O esquema a seguir ilustra o uso de desacopladores de capacitores com uma porta lógica 7400 NAND (o pino 14 é usado para a tensão de alimentação positiva, enquanto o pino 7 é conectado ao terra):

 

Desacoplamento de carga transiente

Nos circuitos digitais, a fonte de energia pode estar “contaminada” com ruído proveniente de circuitos lógicos ou outros dispositivos. Os circuitos lógicos são feitos de milhões de portas lógicas que alteram constantemente seus estados de saída entre ON e OFF, o que significa que muitos transistores são ligados e desligados inúmeras vezes em um segundo. Com cada comutador, esses transistores geram o que é chamado de carga transitória. Como resultado, a corrente consumida pelo dispositivo flutua, gerando ruído que se propaga de volta à fonte de energia. Quando os capacitores são usados ​​para desacoplar a fonte de alimentação, eles têm duas funções: proteger a fonte de energia do ruído elétrico gerado dentro do circuito e proteger o circuito do ruído elétrico gerado por outros dispositivos conectados à mesma fonte de energia.

Capacitores de acoplamento

Enquanto os capacitores de desacoplamento são conectados em paralelo ao caminho do sinal e são usados ​​para filtrar o componente CA, os capacitores de acoplamento, por outro lado, são conectados em série ao caminho do sinal e são usados ​​para filtrar o componente DC de um sinal. Eles são usados ​​em aplicações de circuitos analógicos e digitais.

Aplicações analógicas

Em circuitos analógicos, os capacitores de acoplamento são amplamente utilizados em amplificadores. O viés de tensão de um transistor é crucial para a operação normal do amplificador. O papel dos capacitores de acoplamento é impedir que o sinal CA de entrada interfira na tensão de polarização aplicada à base de um transistor. Em tais aplicações, o sinal é direcionado para a base de um transistor através de um capacitor de acoplamento conectado em série. O valor da capacitância deve ser escolhido de forma a permitir que o sinal útil, por exemplo, a voz, se propague livremente, enquanto bloqueia o componente DC.

Aplicações digitais

Em circuitos digitais, especialmente em sistemas de comunicação, capacitores de acoplamento são usados ​​para bloquear o sinal DC na linha de transmissão. A presença de um sinal DC através de uma linha de transmissão significa que um pouco de energia é desperdiçada quando o calor é dissipado na resistência da linha de transmissão. Também pode causar outros problemas, como problemas de aterramento ou problemas de acumulação de carga entre dois circuitos conectados distantes.

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