DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
VICTOR SAID
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL:
CIRCUITO RETIFICADOR: MEIA ONDA E ONDA COMPLETA
Salvador
2014
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Encontra documentos específicos para os exames da tua universidade
Encontra documentos específicos para os exames da tua universidade
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Relatório Diodos, Provas de Tecnologia Industrial
Diodos são componentes eletrônicos, confeccionados com materiais semicondutores, destinados à permitirem a passagem de corrente em um único sentido, sendo conhecidos como chaves eletrônicas, devido à essa peculiaridade. São elementos com polos, positivo e negativo, definidos. O fluxo de corrente ocorre quando estão diretamente polarizados, do polo positivo ao polo negativo. Por possuírem essa característica singular, é possível utilizar os diodos como retificadores de sinal, transformando corren
Tipologia: Provas
2014
1 / 24
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe Relatório Diodos e outras Provas em PDF para Tecnologia Industrial, somente na Docsity!
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
VICTOR SAID
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL:
CIRCUITO RETIFICADOR: MEIA ONDA E ONDA COMPLETA
Salvador 2014
VICTOR SAID
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL:
CIRCUITO RETIFICADOR: MEIA ONDA E ONDA COMPLETA
Relatório de prática experimental, solicitado pelo professor Edvaldo Sobral, como requisito de avaliação parcial da I Unidade da disciplina de Eletrônica Analógica Prática, no Instituto Federal Bahia – IFBA, Câmpus Salvador. Prática realizada sob orientação do Prof. Edvaldo Sobral.
Salvador 2014
Figura 16 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda inversamente polarizado ........................................................................................... 17 Figura 17 – Circuito retificador de meia onda com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de montagem....................................................................................... 17 Figura 18 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do ripple ......................................................................................................................... 18 Figura 19 – Circuito retificador de onda completa: (a) montado; (b) Diagrama de montagem ................................................................................................................. 18 Figura 20 – Medição com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga ............... 19 Figura 21 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC] (b) na carga [DC] ....................................................................................................... 19 Figura 22 – Circuito retificador de onda completa com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de montagem ....................................................................... 20 Figura 23 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do ripple ......................................................................................................................... 20 Figura 24 – Circuito retificador de onda completa em ponte: (a) montado; (b) Diagrama de montagem ............................................................................................ 21 Figura 25 – Gráficos obtidos com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC] (b) na carga [DC] ............................................................................................... 21 Figura 26 – Circuito retificador de onda completa em ponte com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de montagem ................................................................. 22 Figura 27 – Ripple ..................................................................................................... 22 Figura 27 – Prática EXTRA: Circuito Integrado de retificador de onda completa em ponte ......................................................................................................................... 22
SUMÁRIO
- 1 INTRODUÇÃO
- 2 TEORIA GERAL DOS DIODOS
- 3 PRÁTICA EXPERIMENTAL
- 3.1 CIRCUITO RETIFICADOR DE MEIA ONDA
- 3.2 CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA
- 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
- REFERÊNCIAS
2 TEORIA GERAL DOS DIODOS
Diodos, representados na Figura 1, são dispositivos eletrônicos destinados a condução de corrente em um único sentido. Esses dispositivos atuam como chaves eletrônicas, que de acordo com Boylestad e Nashelsky (2004, p. 1), possuem como características ideais “as de uma chave que teria a capacidade de conduzir corrente em um único sentido”. Estes atuam como circuito aberto quando busca-se passar corrente em sentido oposto, àquela que ele está configurado.
Figura 1 – Simbologia dos diodos, gráfico das características de tensão e corrente
Fonte: BOYLESTAD e NASHELSKY, 2004, P. 1. Analisando a Figura 1, no eixo das abscissas, eixo x, horizontal, dispõe-se os valores de tensão, enquanto no eixo das ordenadas, eixo y, vertical, dispõe-se os valores da corrente. A Figura 1 ilustra que o elemento possui duas extremidades: ânodo, positivo; e cátodo, negativo.
Há duas configurações, ambas são apresentadas na Figura 2, possíveis para os diodos: configurado como chave fechada, possibilitando a passagem de corrente, quando diretamente polarizado, portanto, a corrente flui do ânodo para o cátodo, da extremidade positiva, para a negativa; ou configurado como chave aberta, impedindo a passagem de corrente, nesse caso o polo positivo conecta-se ao cátodo e o polo negativo no ânodo, estando assim inversamente polarizado.
Figura 2 – Comportamento dos diodos: (a) diretamente polarizado; (b) inversamente polarizado
Fonte: BOYLESTAD e NASHELSKY, 2004, P. 2.
Desse modo, Boylestad e Nashelsky (2004, p. 2), concluem que a polarização do diodo ideal ocorrerá: “como um curto-circuito na região de condução” ou “como um circuito aberto na região de não-condução”. Entretanto, diferente de um curto- circuito, ao permitirem a passagem de corrente, os diodos gerarão uma queda de tensão constante, com valor fixo e definido, que variará de acordo com o material de confecção desses.
Grosso modo, os diodos funcionam a partir do princípio da dopagem, que consiste em um método de despurificação dos cristais confeccionados a partir de material semicondutor. Esses elementos são constituídos de uma ligação PN, isto é, metade do diodo é confeccionado com um material semicondutor com excesso de lacunas (elétrons faltando na camada de valência do cristal), P; enquanto a outra metade é confeccionado com material semicondutor sem lacunas (com excesso de elétrons), N.
A ligação PN, ilustrada na Figura 3 (a), consiste, portanto, naquela em que os elétrons em excesso da camada N migram para a camada P, que possui menos elétrons. O ponto de interseção, e o local onde ocorre essa migração é a zona de junção, que após o processo de migração desencadeará na formação da camada de depleção. O fluxo de elétrons se dá através da ruptura da barreira potencial, para isso a tensão submetida ao diodo deve superior à 0,3 V para diodos confeccionados em Germânio e 0,7 V para diodos de Silício, valores que correspondem à queda de tensão gerada, estando o mesmo diretamente polarizado, Figura 3 (b).
Figura 3 – (a) simbologia diodos; (b) gráfico das características de tensão e corrente
(a) (b) Fonte: MALVINO e BATES, 2011, P. 39-40. A figura 4 apresenta a curva característica do diodo. De acordo com o gráfico, o diodo possui os seguintes pontos fundamentais: região direta, joelho, região inversa, corrente inversa e ponto de ruptura.
Figura 5 – Gráfico da corrente alternada
Fonte: Regô, 2013.
Como apresentado no gráfico, existem três tipos de tensão: a tensão eficaz (Vrms), equação 1, tensão comercial cuja potência é a mesma, seja corrente alternada ou contínua; tensão máxima ou tensão de pico, é a máxima tensão alcançada pelo circuito; apresenta-se, ainda, a tensão média, não abordada nesse trabalho. Há ainda a tensão de pico à pico (Vpp), equação 2. A unidade de tensão é volt [V].
𝑉𝑟𝑚𝑠 = √2^1 𝑉𝑚𝑎𝑥 (1)
Do gráfico da figura 5, podemos extrair ainda o período, e consequentemente, a frequência, equação 3, da tensão analisada. O eixo horizontal, representa o tempo. O período consiste no tempo decorrido entre o início da onda senoidal, até o seu fim. Ao fim do período, a onda senoidal passa a repetir-se ciclicamente. Obtém- se a frequência, pois esta é o inverso do período. A frequência nada mais é do que a quantidade de ciclos por segundo, medido em Hertz. A frequência padrão da rede elétrica é 60 Hz. Onde: f = frequência [Hz]; T = Período [s]
Foi utilizado um transformador abaixador, que possui como principal característica a geração de uma redução na tensão de entrada do primário. A tensão de saída do secundário é menor que tensão de entrada, contudo essa variação ocorre sem alterar a potência e a frequência original.
Na prática realizada, utilizou-se os circuitos retificadores, os quais consistem naqueles que utilizam um, dois ou quatro diodos, que podem estar em série, em paralelo ou em série e em paralelo, de acordo com o tipo de transformador utilizado e sua aplicação. Esses circuitos possuem como função converter a tensão senoidal, em tensão contínua pulsante, podendo ser filtrada com o auxílio de um capacitor, fazendo com que essa torne-se próxima de um sinal constante.
Os circuitos retificadores construídos com apenas um diodo, que encontra-se imediatamente após a saída do secundário do transformador, em série com a carga resistiva, denominam-se circuito retificadores de meia onda, Figura 6 (b), devido à forma de onda, Figura 6 (a), característica dessa construção.
Figura 6 – (a) tensão senoidal do secundário; (b) circuito retificador de meia onda; (c) forma de meia onda da tensão contínua pulsante na carga (saída)
Fonte: Adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 90. Devido a singular propriedade do diodo em conduzir em apenas um sentido, quando a tensão está em seu semiciclo positivo o diodo conduz, havendo uma queda de tensão de 0,7 V (VD), equação 4, contudo quando a tensão está em seu semiciclo negativo, o diodo não conduz, Figura 6 (c). Nessa situação, o valor da tensão média contínua na carga (VCC) pode ser calculado através da equação 5. Onde: Vp = tensão de pico; Vs = tensão do secundário; VD = tensão do diodo; Vcc = tensão média (contínua); π ≈ 3,14, sendo que todas as tensões são medidas em Volts.
𝑉𝑐𝑐 = 𝑉 𝜋𝑝 ou 𝑉𝑐𝑐 ≈ 0,318𝑉𝑝 (5)
3 PRÁTICA EXPERIMENTAL
O procedimento experimental com circuitos retificadores, foi realizado em dias distintos. A cada nova aula prática, realizou-se novos experimentos propostos pelo professor. Todos os procedimentos foram iniciados com a entrega e leitura do roteiro pelas equipes, pelo orientador do experimento o professor Edvaldo Sobral. As práticas procederam-se em grupo de quatro pessoas, os quais foram os responsáveis por realizar a montagem do circuito, medição e coleta de dados dos experimentos. Para todos os casos, a tensão do primário foi da rede elétrica: 127 V.
Em todas as práticas, a equipe recebeu o material necessário para realiza-las, nas situações, foram entregues, de acordo com as necessidades de cada uma das práticas: multímetro digital, protoboard , transformador abaixador, tomada, osciloscópio, ponta de prova, diodos, resistor, capacitor, alicate de corte e de bico. Após a entrega do material, iniciou-se o procedimento experimental.
3.1 CIRCUITO RETIFICADOR DE MEIA ONDA
Na primeira etapa do procedimento, reuniu-se o material necessário para montar o circuito, Figura 9 (a), em seguida montou-se o circuito do retificador de meia onda. O circuito foi construído em uma protoboard, sendo constituído por um transformador abaixador, com um diodo disposto imediatamente após a saída do secundário, que está em série com uma carga resistiva, o diagrama é ilustrado na figura 9 (b). O diodo encontra-se diretamente polarizado nesse circuito.
Figura 9 – (a) material utilizado na montagem do circuito (b) Circuito retificador de meia onda
(a) (b) Fonte: Autoria própria.
Seguindo o procedimento experimental do roteiro, iniciou-se a medição da tensão no secundário, no diodo e na carga, utilizando o multímetro digital, os resultados da medição são apresentados na tabela 1. O procedimento de medição com o multímetro iniciou-se com a verificação da calibração do multímetro, com o teste sonoro. Verificando-se que, além do ruído, há indicação de leitura era zero, iniciou-se o procedimento de medição.
Tabela 1 – Grandezas elétricas medidas com multímetro e calculadas Componente VAC VDC Vcalculado Icalculada Pcalculado Vsecundário 15,65 0 Vdiodo 6, Vcarga 6,85 7,00 2,5∙ 10 -^4 A 17,5∙ 10 -^4 W Fonte: Autoria própria.
A tensão VAC é rms, tanto no diodo, quanto na carga não há tensão alternada, pois o papel do diodo é justamente retificar o sinal, fazendo com que esse torne-se contínuo e pulsante. No secundário do transformador, a tensão contínua é zero, tendo em vista que o secundário é alternado. Na carga, para o cálculo da corrente utilizou a primeira lei de ohm, V = RI; e para o cálculo da potência utilizou: P = VI, obtendo-se, assim, os valores calculados. O V calculado na carga, foi obtido através da aplicação da equação 5, contudo desconsiderou-se a queda de tensão do diodo de silício, 0,7 V.
A Figura 10 apresenta o procedimento de medição da tensão com o multímetro, no secundário, no diodo e na carga. Para os três casos segue-se o mesmo procedimento: a ponta de prova conectada ao COM do multímetro (de cor preta), é posta sobre o polo negativo do componente, enquanto a ponta de prova vermelha é posta sobre o polo positivo do dispositivo.
Figura 10 – Medição com o multímetro: (a) do secundário; (b) do diodo (b) da carga
(a) (b) (c) Fonte: Autoria própria.
Quando os gráficos são gerados deve-se ajustar as escalas, a fim de torná-la totalmente inserida no visor (sem bordas fora deste), e relativamente constante. As escalas utilizadas são: volts por divisão (V/div), para o eixo vertical; e a base de tempo, em segundos por divisão (s/div), para o eixo horizontal. A primeira escala diz respeito ao comprimento da onda, e a segunda a constância da imagem. Caso apenas o ajuste da escala aferição apropriada, utiliza-se o fator de multiplicação da ponta de prova do osciloscópio, que reduz a forma de onda em até dez vezes.
No contexto da prática utilizada, a base de tempo foi 5 ms/div e a base da tensão foi 1 V/div, utilizando-se multiplicador de dez vezes. Os valores obtidos foram 22 volts para o secundário; e 21,3 V para o diodo e para a carga, que podem ser obtidos teoricamente, também, através da aplicação da equação 4, representado na equação 10.
Observa-se, devido ao comprimento da onda, que na carga foi utilizada uma voltagem por divisão diferente dos demais, nesse caso utilizou-se 5 V/div para melhorar a leitura da grandeza medida, alcançando-se o valor de 21,3 V, assim como no diodo. A Figura 13 apresenta o diagrama de montagem do circuito em questão.
Figura 13 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda diretamente polarizado
Fonte: CORRADI, 2014.
Com a conclusão da primeira medição, e verificação da forma de onda, que mostrou-se coerente em relação aos aspectos teóricos estudados, o próximo passo foi utilizar o diodo inversamente polarizado. Nesse procedimento, apresentado na Figura 14, o diodo foi invertido, e o circuito manteve-se o mesmo.
Figura 14 – Medição com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado; (b) da carga
(a) (b) Fonte: Autoria própria.
Os resultados obtidos após essa medição são apresentados na Figura 15, a intensidade das tensões são as mesmas. Contudo, se analisarmos o gráfico observar-se-á que há uma inversão da forma de onda medida na carga e no diodo. O gráfico da forma de onda do secundário é o mesmo do retificador de meia onda diretamente polarizado, por isso o mesmo não foi apresentado. A base de tempo da medição foram 5 ms/div e do eixo das ordenadas 5 V/div.
Figura 15 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado; (b) da carga
(a) (b) Fonte: Autoria própria.
O roteiro do experimento solicitou que fosse construída nova tabela para apresentar os resultados obtidos, porém por se tratar de mesma situação, com
Figura 18 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do ripple
(a) (b) Fonte: Autoria própria.
3.2 CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA
O circuito retificador de onda completa é aquele em que a retificação de onda ocorre tanto no semiciclo positivo, quanto no negativo. Para isso, há dois métodos: com dois diodos e transformador com derivação central; ou em ponte. Em ambos os casos, a forma de onda é a mesma, a frequência é o dobro da frequência de entrada. Contudo há uma diferença notável no valor da tensão retificada entre os dois tipos, com dois diodos a queda de tensão gerada pelo diodo é 0,7 V; enquanto no segundo tipo a queda de tensão é a referente à dois diodos em série: 1,4 V.
A prática primeira prática realizada utilizou dois diodos, uma carga resistiva de 27 Ω, um multímetro, um osciloscópio, um protoboard , e um transformador abaixador com derivação central. O circuito foi montado como na Figura 19 (a) e possui o diagrama de montagem da figura 19 (b).
Figura 19 – Circuito retificador de onda completa: (a) montado; (b) Diagrama de montagem
(a) (b) Fonte: (a) Autoria própria; (b) CORRADI, 2014.
O procedimento de medição deu-se justamente como no circuito retificador de meia onda, ponta de prova negativa no cátodo, ponta de prova positiva no ânodo, para o diodo; ponta de prova positiva no polo positivo, e o inverso também, no resistor. Mediu-se a forma de onda no secundário, na carga e nos diodos, a Figura 20 apresenta a medição no secundário e na carga.
Figura 20 – Medição com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga
(a) (b) Fonte: Autoria própria.
Seguindo o procedimento experimental, mediu-se a tensão do secundário, verificando que esta era igual a 22 V. Com a medição das tensões, gerou-se os gráficos da Figura 21. Observa-se que ao medir a tensão DC na carga com o osciloscópio a forma de onda assumida pelo mesmo é de tensão contínua pulsante. Utilizou-se 5 volts por divisão como escala.
Figura 21 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC] (b) na carga [DC]
(a) (b) (c) Fonte: Autoria própria.
Seguindo o procedimento experimental, mediu-se a tensão do secundário, verificando que esta era igual a 22 V. Com a medição das tensões, gerou-se os gráficos da Figura 21. Observa-se que ao medir a tensão DC na carga com o