Ciclo de trabalho

Em telecomunicações e eletrônica, o ciclo de trabalho, razão cíclica ou fator de ciclo (em inglês, duty cycle ou duty factor) de um sinal ou sistema é a razão entre o tempo em que ele permanece ativo e o tempo total do período considerado. Pode ser expresso como fração ou como porcentagem.

Definição

Em um trem ideal de pulsos retangulares, o ciclo de trabalho é a razão entre a duração do pulso e o período dos pulsos. Por exemplo, para um pulso de 1 μs num período de 4 μs, o ciclo de trabalho é 0,25. Num sentido mais geral, é a razão entre a soma das durações dos pulsos, num intervalo especificado de operação contínua, e a duração total desse intervalo. Para equipamentos elétricos como um motor, o termo também é usado para o período em que ele pode operar sem efeitos nocivos, como o superaquecimento.

Num fenômeno periódico, o ciclo de trabalho D é dado por:

${\displaystyle D={\frac {\tau }{T}}}$

onde

• D é o ciclo de trabalho;
• ${\displaystyle \tau }$ é o intervalo de tempo em que o sinal está ativo (a duração do pulso), dentro de cada período;
• T é o período do sinal.

Multiplicando-se D por 100, obtém-se o valor em porcentagem. O ciclo de trabalho de uma onda quadrada é 0,5, ou 50%, pois os pulsos estão presentes durante metade do tempo.

Por exemplo, suponha que um drive de disquete opera por 1 segundo, fica desligado por 99 segundos, volta a estar ativo por mais 1 segundo e assim por diante. Em cada período de 100 segundos, o drive fica ativo por 1 segundo, e o ciclo de trabalho é de 1/100, ou 1%. Chamando T₁ à duração do trabalho (ligado) e T₂ à duração do repouso (desligado), a duração total do ciclo é T = T₁ + T₂ e o ciclo de trabalho é D = T₁/T.

Modulação por largura de pulso

Em fontes chaveadas, as chaves semicondutoras estão ou bloqueadas ou em plena condução, e a tensão média de saída depende da relação entre o intervalo em que a chave permanece fechada e o período de chaveamento — o ciclo de trabalho, também chamado de largura de pulso ou razão cíclica. Na modulação por largura de pulso (PWM, da sigla em inglês), opera-se com frequência constante e varia-se o tempo em que a chave permanece ligada. Em vez de uma tensão contínua, o circuito gera então um trem de pulsos retangulares de alta frequência, e um filtro extrai o valor médio dessa tensão.

Para pulsos que variam entre 0 e um valor V, o valor médio da tensão é proporcional ao ciclo de trabalho:

${\displaystyle V_{\text{média}}=D\cdot V}$

Por exemplo, uma tensão PWM de amplitude 12 V e ciclo de trabalho de 75% tem valor médio de 9 V (12 V × 0,75 = 9 V). Esse é o valor que aparece na saída depois de filtrada, mas o efeito sobre cargas que dependem da potência dissipada é diferente: o valor eficaz da onda é ${\displaystyle V_{\text{ef}}=V{\sqrt {D}}}$.

No conversor abaixador de tensão (buck), em modo de condução contínua e sem considerar perdas, a tensão de saída é igual ao produto do ciclo de trabalho pela tensão de entrada (V_o = D · V_i), com 0 ≤ D ≤ 1.

Radar

Em um radar de pulsos, o ciclo de trabalho (ou duty factor) mede a fração do tempo em que o radar está transmitindo. É igual ao produto da largura do pulso pela frequência de repetição de pulsos (PRF) e relaciona a potência de pico com a potência média: P_média = D · P_pico. Com uma PRF de 1000 Hz e pulsos de 1 μs, por exemplo, o ciclo de trabalho é 0,001 (0,1%), e a potência média é 0,001 vezes a de pico. Nessa área, o ciclo de trabalho também é expresso em decibels: 10 log(0,001) = −30 dB.

Valores típicos são de 0,1% a 3% para radares de pulsos, de 5% a 50% para radares Doppler de pulsos e de 100% para radares de onda contínua.

Equipamentos de operação intermitente

Em equipamentos que não podem funcionar continuamente na potência nominal, o ciclo de trabalho indica a fração de um intervalo de tempo em que podem operar sem superaquecer. Nas máquinas de soldagem, por exemplo, é expresso como a porcentagem de um período de 10 minutos em que a máquina pode operar em sua corrente nominal; uma máquina com ciclo de trabalho de 60% pode soldar por 6 minutos e deve descansar nos 4 minutos restantes.

Limites regulatórios em radiocomunicações

Em faixas de uso livre, os órgãos reguladores limitam a fração do tempo em que um dispositivo pode transmitir. Na Europa, as faixas de 863 a 870 MHz são divididas pelo ETSI em sub-faixas com limites próprios: 0,1% em 863–865 MHz, 1% em 865–868 MHz, 1% em 868–868,6 MHz e 0,1% em 868,7–869,2 MHz. Um limite de 1% equivale a, no máximo, 864 segundos de transmissão por dia.

Referências

Referências

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