Um Multiplicador de Capacitância é uma técnica de circuito que permite simular um capacitor de valor muito maior do que o utilizado fisicamente. Isso é especialmente útil em aplicações que exigem uma boa filtragem de ruído em fontes de alimentação, mas onde o espaço físico ou o custo dos capacitores grandes pode ser um problema.
Embora o nome sugira uma “multiplicação” direta do valor de capacitância, o circuito apenas simula o comportamento de um capacitor maior, utilizando componentes eletrônicos, como transistores ou opamps.
Como funciona um Multiplicador de Capacitância?
O princípio de operação de um multiplicador de capacitância baseia-se na ideia de que o transistor ou o opamp amplifica o efeito do capacitor que está conectado ao circuito. A fórmula principal que rege o comportamento do multiplicador de capacitância é:
\[
C_{eq} = C \cdot (\beta + 1)
\]
Onde:
- \( C_{eq} \) é a capacitância equivalente (o valor “multiplicado”).
- \( C \) é o valor do capacitor original.
- \( \beta \) é o ganho de corrente do transistor (também chamado de hFE).
Na prática, se usarmos um transistor com um ganho \( \beta \) de 100, um capacitor de 100 µF funcionará como se fosse um de 10.100 µF, dependendo dos valores do circuito.
Vantagens e Aplicações Comuns
Os multiplicadores de capacitância são úteis para:
- Filtragem em fontes de alimentação: Eles ajudam a reduzir o ripple e outros ruídos indesejados.
- Economia de espaço e custo: Em vez de usar grandes capacitores físicos, podemos economizar espaço e reduzir o custo do projeto.
- Aplicações de áudio: Em amplificadores de áudio, uma alimentação mais “limpa” resulta em um som de melhor qualidade, sem ruídos indesejados.
Multiplicadores de Capacitância com Transistores
Usar transistores é uma abordagem simples e eficaz para construir um multiplicador de capacitância. O circuito típico é composto por um transistor NPN, um capacitor e um resistor. Um transistor NPN comum, como o BD139, pode ser usado para esse tipo de circuito.
Componentes principais:
- Transistor (BD139): Um transistor NPN que amplifica a ação do capacitor.
- Capacitor (C1): Define o valor de capacitância base.
- Resistor (R1): Ajusta a corrente de base do transistor.
Fórmulas envolvidas:
Além da fórmula de capacitância equivalente, outra fórmula importante é a relação da corrente base, que pode ser usada para determinar o resistor adequado (R1):
\[
I_B = \frac{V_{in} – V_{BE}}{R_1}
\]
Onde:
- \( I_B \) é a corrente de base do transistor.
- \( V_{in} \) é a tensão de entrada.
- \( V_{BE} \) é a queda de tensão base-emissor do transistor, geralmente cerca de 0,7V para transistores de silício.
- \( R_1 \) é o valor do resistor que controla a corrente de base.
Funcionamento do circuito:
Quando o capacitor filtra o ruído na entrada, o transistor amplifica esse efeito, fazendo com que o capacitor pareça muito maior para o circuito. O resultado é uma fonte de alimentação muito mais “limpa” na saída.
Exemplo prático:
Para um multiplicador de capacitância básico, você pode usar um transistor BD139, um capacitor de 100 μF, e um resistor de 10 kΩ para controlar a corrente de base. A fórmula aproximada para a capacitância equivalente seria:
\[
C_{eq} = 100 \cdot (\beta + 1) = 100 \cdot (100 + 1) = 10.100 μF
\]
Multiplicadores de Capacitância com Opamps
Os multiplicadores de capacitância com opamps (amplificadores operacionais) são úteis em situações onde maior precisão e controle são desejados. O circuito utiliza o opamp para aumentar a efetividade da filtragem de ruído, oferecendo uma resposta mais estável e previsível em comparação com transistores.
Componentes principais:
- Opamp (LM358): Um amplificador operacional de uso geral.
- Capacitor (C1): Define a capacitância base.
- Resistores (R1 e R2): Ajustam o ganho e o comportamento do circuito.
Fórmulas envolvidas:
Nos multiplicadores com opamps, as fórmulas relacionadas ao ganho do circuito podem variar de acordo com a configuração dos resistores. Um circuito típico com realimentação negativa pode ser descrito pela fórmula:
\[
C_{eq} = C \cdot \left( 1 + \frac{R_2}{R_1} \right)
\]
Onde:
- \( C_{eq} \) é a capacitância equivalente.
- \( C \) é o valor do capacitor original.
- \( R_1 \) e \( R_2 \) são os resistores que determinam o ganho do circuito.
Funcionamento do circuito:
Aqui, o opamp amplifica o efeito do capacitor de forma controlada, simulando um capacitor de valor muito maior. A principal vantagem dessa abordagem é a precisão e a possibilidade de ajuste fino dos valores de capacitância utilizando resistores com tolerâncias bem definidas.
Exemplo prático:
Para construir um multiplicador de capacitância com um opamp como o LM358, você pode usar um capacitor de 10 μF e resistores de R1 = 1 kΩ e R2 = 10 kΩ. A capacitância equivalente será:
\[
C_{eq} = 10 \cdot \left( 1 + \frac{10}{1} \right) = 10 \cdot 11 = 110 μF
\]
Comparação e Considerações Finais
Tanto os multiplicadores de capacitância com transistores quanto com opamps têm suas vantagens, e a escolha entre eles depende das necessidades do projeto.
- Transistores (BD139) são mais indicados para projetos simples, com menos preocupação com precisão e com um foco em economia de espaço e custo.
- Opamps (LM358) são recomendados quando se busca maior controle, precisão e redução de ruído, sendo uma boa escolha para circuitos de áudio e fontes de alimentação sensíveis.
Dicas Práticas
Para quem quer implementar multiplicadores de capacitância, aqui estão algumas dicas práticas:
- Teste diferentes configurações: Use simulações de circuitos, como a disponível no Falstad , para testar diferentes valores de capacitores e resistores.
- Cuidado com o dimensionamento dos componentes: Certifique-se de que os capacitores e transistores sejam adequados para as correntes e tensões do circuito.
- Aplique em fontes de alimentação: Multiplicadores de capacitância são ótimos para limpar ruído em fontes de alimentação lineares ou em amplificadores de áudio.
Sobre o Autor
