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Informações elementares - Projetos práticos.
Circuitos retificadores
Introdução
A tensão fornecida pela concessionária de energia elétrica é alternada ao passo que os dispositivos eletrônicos operam com tensão contínua. Então é necessário retificá-la e isto é feito através dos circuitos retificadores que convertem corrente alternada em corrente contínua. Temos os retificadores monofásicos para uso em aparelhos eletrônicos de um modo geral e os retificadores polifásicos para uso em circuitos industriais de alta potência.
Destacaremos neste curso os três tipos de retificadores monofásicos que são: I – Retificador de meia onda. II – Retificador de onda completa utilizando transformador com derivação central. III – Retificador de onda completa em ponte.
I – Retificador de meia onda
O diodo tem a característica de conduzir corrente somente num sentido e devido a esta característica unidirecional, o mesmo é utilizado para retificar. O diodo ideal com polarização direta comporta como uma chave fechada e com polarização reversa comporta como uma chave aberta. O diodo tem resistência direta muito baixa e resistência reversa muito alta.
Funcionamento do circuito
Para o ponto A positivo em relação a B, o diodo está polarizado diretamente e conduz. A corrente circula de A até B passando pelo diodo e RL. Para o ponto A negativo em relação a B, o diodo está polarizado inversamente e não conduz. Tem-se corrente em RL somente nos semiciclos positivos de entrada. Os semiciclos positivos passam para a saída e os semiciclos negativos ficam no diodo. A freqüência de ondulação na saída é igual à freqüência de entrada. O retificador de meia onda tem baixa eficiência.
Formas de onda considerando um diodo ideal
VCC = VP / π ou VCC = 0,45. Vef. VCC é o valor médio da tensão contínua em RL. VP é o valor de pico da tensão sendo. Vef é o valor eficaz ou rms da tensão alternada de entrada.
IL = VCC / RL e ID = IL IL é o valor médio da corrente em RL e ID é o valor médio da corrente no diodo. IP = VP / RL sendo IP o valor de pico da corrente.
Tensão eficaz em RL = VP / 2 mas a tensão eficaz na entrada é PIV = -- VP sendo PIV o pico inverso de tensão no diodo. Nota: O diodo deve suportar uma tensão inversa maior do que PIV e uma corrente direta maior que ID.
As especificações para o diodo 1N4007 são IF = 1A e VR max = 1000V Este diodo suporta uma corrente direta de 1A e uma tensão reversa de 1000V.
I-1) Sendo a o valor eficaz da tensão VAB = 18 V, RL = 470 ohms, determine:
VCC = 8,1 V IL = 17,2 mA ID = 17,2 mA IP = 54 mA PIV = - 25,4 V
Invertendo o diodo, a tensão de saída será negativa.
O diodo conduz os semiciclos negativos. Os semiciclos positivos ficam no diodo.
VCC = 2.VP / π ou VCC = 0,9.Vef VCC é o valor médio da tensão contínua em RL. VP é o valor de pico da tensão. Vef é o valor eficaz da tensão de entrada (Vef = VAB / 2)
IL = VCC / RL e ID = IL / 2. IL é o valor médio da corrente em RL e ID é o valor médio da corrente nos diodos. IP = VP / RL onde IP é o valor de pico da corrente. Tensão eficaz de saída =Tensão eficaz de entrada = VP / O PIV nos diodos é o pico negativo da tensão VAB.
II-1) Sendo a o valor eficaz da tensão VAB = 18 V, RL = 470 ohms, determine:
VCC = 8,1 V IL = 17,2 mA ID = 8,6 mA IP = 27 mA PIV = - 25,4 V
Invertendo os dois diodos, a tensão de saída será negativa.
Os diodos D1 e D2 conduzem os semiciclos negativos de A e de B para a saída.
III – Retificador em ponte
Funcionamento do circuito.
O retificador em ponte dispensa o uso do transformador com tomada central. Com isto, pode-se ter um retificador de onda completa ligado diretamente à rede elétrica. Quando A é positivo em relação a B, a corrente sai de A passa por D1, RL, D3 e chega ao ponto B. Quando A é negativo em relação a B, a corrente sai de B passa por D2, RL, D4 e chega ao ponto A.. Conduzem somente dois diodos de cada vez. Quando o ponto A é positivo D1 e D3 conduzem. Quando o ponto A é negativo D2 e D4 conduzem. Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num único sentido em RL e por isto, a corrente em RL é contínua. Temos somente os semiciclos positivos na saída. A freqüência de ondulação na saída é o dobro da freqüência de entrada
Formas de onda considerando diodo ideal
Filtros para fontes de alimentação
A ondulação na saída do circuito retificador é muito grande o que torna a tensão de saída inadequada para alimentar a maioria dos circuitos eletrônicos. É necessário fazer uma filtragem na tensão de saída do retificador. A filtragem nivela a forma de onda na saída do retificador tornando-a próxima de uma tensão contínua pura que é a tensão da bateria ou da pilha. A maneira mais simples de efetuar a filtragem é ligar um capacitor de alta capacitância em paralelo com a carga RL e normalmente, utiliza-se um capacitor eletrolítico. A função do capacitor é reduzir a ondulação na saída do retificador e quanto maior for o valor deste capacitor menor será a ondulação na saída da fonte.
Filtro a capacitor para retificador de meia onda.
No semiciclo positivo o diodo conduz e carrega o capacitor com o valor de pico (VP) da tensão. Assim que a tensão de entrada cair a Zero, o diodo pára de conduzir e o capacitor mantém-se carregado e descarrega lentamente em RL. Quando a tensão de entrada fica negativa (semiciclo negativo) o diodo não conduz e o capacitor continua descarregando lentamente em RL. O capacitor recarrega 60 vezes por segundo. O capacitor carrega de Vmin até VP e neste intervalo de tempo ( ) o diodo conduz. O capacitor descarregará de VP até Vmin e neste intervalo o diodo não conduzirá. A Forma de onda na saída está mostrada abaixo.
O voltímetro de tensão contínua indica o valor médio da tensão medida. Aumentando o capacitor, a tensão de ondulação (Vond) diminui e VCC aumenta. Aumentando a corrente IL, a tensão de ondulação (Vond) aumenta e VCC diminui.
Se Vond tende a zero, a tensão de saída tende ao valor de pico. VCC = VP para Vond = 0V). Desligando RL, IL será 0A, o capacitor não descarrega e tem-se Vond = 0V.
Para se ter Vond com um valor baixo ao aumentar IL deve-se aumentar o valor do capacitor. O retificador de meia onda, com filtro a capacitor, é inadequado para alimentar circuitos que exigem um valor alto de corrente, pois além de se utilizar um valor muito alto para o capacitor, o diodo fica sobrecarregado ao conduzir toda a corrente do circuito alimentado.
O pico inverso de tensão no diodo é o dobro da tensão de pico. PIV = --2VP O capacitor aumenta a tensão inversa no diodo devido a que o mesmo permanece carregado quando o diodo não estiver conduzindo.
Exercícios de fixação
- Sendo VAB =18Vef, C=1000 μμμμF, IL = 180 mA, retificador de meia onda, determine:
Resp: V ond = 3 V VP = 25,4 V V min = 22,4 V VCC = 23,9 V PIV = - 50,8 V
Vond = I / ( f.C ) => Vond = 180mA / (60Hz. 1000μμμμF) V ond = 180 .10-3^ / (60.1000.10-6^ ) = 180 .10-3^ / 60.10- Vond = 3 V
VP = 18. 1,41 = 25,4 V
V min = VP – Vond => V min = 25,4V – 3V
V min = 22,4 V
VCC = VP – (Vond/2) => VCC = 25,4V – (3 /2) VCC = 25,4V –1,5V
VCC = 23,9 V
PIV = -- 2VP
PIV = -- 50,8 V
Vond = IL / ( f. C) sendo f = 120 Hz para onda completa Vond é a tensão de ondulação ou de ripple na saída. Quanto menor Vond, mais próxima de uma tensão contínua será a tensão de saída. IL é a corrente em RL f é a freqüência de ondulação na saída e é igual a 120 Hz para onda completa. C é o valor do capacitor em FARADS ( 2200 μF = 2200. 10--6^ F)
Se Vond tende a zero, a tensão de saída tende ao valor de pico. VCC = VP para Vond = 0V. Sem RL, a corrente IL será 0A, o capacitor não descarregará e tem-se Vond = 0V.
Exercícios
- Sendo IL = 1,5 A, VAB = 30 Vef, C = 2200 μμμμF, determine:
Resp: Vond = 5,7 V VCC = 39,5 V
- Sendo IL = 500 mA, VCC = 12V, Vond = 2V, determine o valor do capacitor e da tensão de saída do transformador
C = 2083 μμμμF (O valor comercializado mais próximo é de 2200μμμμF)
VAB = 9,2 Vef
Formas de onda na saída para uma filtragem em meia onda e em onda
completa.
Filtro a capacitor para retificador de onda completa
Exercícios.
- Sendo IL = 600 mA, C = 1000 μμμμF, VAB = 18 Vef, determine:
Resp: Vond = 5 V VCC = 10,2 V
- Sendo IL = 300 mA, VCC = 20V, Vond = 2,5 V, determine o valor do capacitor e da tensão de saída do transformador.
Resp: C = 1000 μμμμF VAB = 30 Vef
Considerações Para os circuitos retificadores com filtro a capacitor estudados desconsiderou-se a queda de tensão nos diodos que é de aproximadamente 0,7V para diodos de Silício. No retificador de meia onda e de onda completa convencional, o pico de tensão no capacitor é o pico de tensão de entrada menos 0,7V isto é, -- 0,7V. Conseqüentemente o valor de VCC será 0,7V abaixo do valor calculado. No retificador em ponte diminui-se 1,4V visto que dois diodos conduzem ao mesmo tempo -- 1,4V sendo Vp a tensão de pico no capacitor de filtro.
Fonte simétrica com tensão de saída NÃO-REGULADA.
Tem-se dois diodos conduzindo simultaneamente e assim que conduzem carregam
C1 e C2 com a tensão de pico. Para A positivo em relação a B conduzem D1 e D3. Para A negativo em relação a B conduzem D4 e D2. C3 e C4 eliminam os ruídos de RF (radiofreqüência).
Outra maneira de desenhar o circuito da fonte simétrica acima.
Fonte simétrica com tensão de saída REGULADA.
Nos reguladores 78XX, o pino 1 é a entrada e o pino 2 é o comum (ligado ao terra). Nos reguladores 79XX, o pino 2 é a entrada e o pino 1 é o comum (ligado ao terra). O pino 3 é a saída tanto para o 78XX quanto para o 79XX.
Fonte regulada e ajustável de 1,25V a 16,5V com o LM
O circuito integrado regulador de tensão LM317 permite ajustar a tensão de saída de 1,25V a 37V.
