Retificador de onda completa

Retificador de onda completa

Universidade Estadual Paulista – “Júlio de Mesquita Filho”

FEB – Faculdade de Engenharia de Bauru

Laboratório de Física III

Relatório número 9

NOÇÕES BÁSICAS DO FUNCIONAMENTO DE UMA FONTE DE TENSÃO CONTÍNUA COM INTENSIDADE CONSTANTE

Profª Ligia de Oliveira Ruggiero

Filipe Italiano Leal - 911933

João Paulo de Oliveira Freitas – 911721

Murilo Borges Campos Tonhati – 911526

Rodrigo Estorino da Costa – 911283

Bauru

2010

Objetivo

Realizar a retificação de onda completa da corrente alternada de saída de uma fonte e transformá-la em corrente contínua com intensidade praticamente constante.

Materiais

- Fonte de tensão da LEYBOLD

- Osciloscópio da Tektronix

- 1 Resistor de 979,0±0,1 Ω

- 4 Diodos de Silício 1N4001 D1= 0,518±0,001 V; D2= 0,523±0,001 V; D3=0,517±0,001 V e D4=0,521±0,001 V

- 2 Capacitores eletrolíticos com Capacitâncias C1=33µF e C2=4700µF

- Placas de conexão

- Cabos banana-banana

- 1 cabo coaxial

- 1 multímetro Minipa 2020

Procedimentos Experimentais

O experimento foi dividido em duas partes, para facilitar o estudo. A parte I trata-se do Retificador de onda completa e a parte II da Transformação da corrente alternada em corrente contínua, com intensidade constante.

PARTE I:

Montamos o sistema mostrado na figura 1 que indica um circuito de diodos em ponte ligados a uma fonte de tensão alternada e a um osciloscópio.

Figura 1 – Retificador de onda completa - circuito de diodos em ponte

Escolhemos então um valor para a tensão da fonte (Vf) de 4,0V. Desenhamos a onda da tensão da fonte que foi observada na tela do osciloscópio para facilitar a identificação da sua forma, da tensão de pico-pico (Vpp) e do período (T). Após isso, analisamos a tensão sobre o resistor na tela do osciloscópio e, para facilitar, desenhamos sua forma e obtivemos o valor da amplitude do sinal(VR), o período(TR) e o tempo em que o diodo não conduz (tnc).

Os valores foram anotados na tabela 1 e estão no tópico “Resultados e Discussões”.

PARTE II:

Montamos o sistema representado pela figura 2 que apresenta um circuito com uma fonte de tensão alternada, 4 diodos em ponte, um resistor, um capacitor ligado em paralelo com o resistor e um osciloscópio.

Figura 2 – Circuito de diodos em ponte com um capacitor acoplado

Novamente escolhemos um valor de tensão para a fonte e novamente o valor foi Vf=2,0V. Utilizando o osciloscópio, desenhamos a forma de onda sobre o capacitor menor de capacitância de 33µF e explicitamos os valores do tempo em que o capacitor carrega (tc), o tempo de descarga do capacitor (tdesc) e a tensão de “ripple”.

Após isso, mudamos o valor da capacitância, colocando um valor de 4700µF. Repetimos o procedimento para esse valor de capacitância, ou seja, explicitamos os valores do tempo em que o capacitor carrega (tc), o tempo de descarga do capacitor (tdesc) e a tensão de “ripple”.

Em seguida, calculamos o valor da constante de tempo RC para os dois casos acima. Logo a seguir, analisamos o comportamento das formas de onda registradas acima e, tendo como base o tempo de descarga do capacitor, as características do diodo, vista no experimento 3, e o conceito da constante de tempo (RC), visto no experimento 6.

Resultados e Discussões

Parte I – Retificador de onda completa

A partir do desenho dos gráficos é possível fazer a análise dos valores. O gráfico 1 mostra a forma de onda da tensão da fonte e o gráfico 2 a forma de onda da tensão aplicada sobre o resistor. A tabela 1 apresenta os valores referentes aos gráficos 1 e 2, obtidos através da observação no osciloscópio. [1]

Gráfico 1 - Desenho da forma de onda da tensão da fonte

Gráfico 2 - Desenho da forma de onda da tensão sobre o resistor

Tabela 1 – Valores referentes ao gráfico 1

Vpp (V)

T (ms)

Tensão sobre o resistor (V)

VR (V)

TR (ms)

tnc (ms)

Tensão da

Fonte

12,0

16,7

Tensão do Resistor

4,64±0,005

8,3

1,0

Onde,

Vpp– Tensão pico-pico

T – Período da onda da tensão da fonte

VR – Amplitude do sinal

TR – Período da onda da tensão sobre o resistor

tnc – Tempo que o diodo não conduz

O gráfico 3 mostra a comparação entre os gráficos 1 e 2.

Gráfico 3 - Desenho das formas de onda da tensão da fonte e sobre o resistor

O período de onda sobre o resistor não é o mesmo quando comparada com a tensão de entrada. Como pode-se observar, o período de onda sobre o resistor é a metade do período da onda de tensão de entrada, isso porque a parte inferior arrebateu a parte negativa da tensão no resistor.

Considerando as características de um diodo, nota-se que não há a passagem de corrente em um dos sentidos. Dependendo do sentido da corrente, ela percorrerá um caminho no circuito. Esse caminho é montado, a partir da ponte de diodos, para que a tensão no resistor não seja negativa.

Parte II – Transformar corrente alternada em corrente contínua, com intensidade constante

Colocando o capacitor no circuito, foi observada a seguinte forma de onda, apresentada pelo gráfico 4:

Gráfico 4 – Desenho esquemático da forma de onda com diodo

Pelo desenho esquemático, nota-se que a tensão no diodo cresce seguindo o padrão da tensão da fonte, porém apenas até a tensão de polarização (delta). Para essa tensão de polarização nota-se que a tensão permanece constante, e volta a seguir o mesmo modelo da tensão da fonte quando sai da tensão de polarização.

Isso acontece porque não passa corrente pelo diodo antes de se atingir a tensão de polarização, portanto a tensão sobre o diodo é a mesma da tensão da fonte. Quando a tensão da fonte vence a barreira da tensão de polarização do diodo, começa a passar corrente pelo componente, de forma a manter a tensão sobre o diodo constante.

Tabela 2 – Valores referentes ao gráfico 4

Capacitância(μF)

Tc (ms)

Tdesc (ms)

V1 (V)

V2 (V)

Tripple (V)

4700

1,800

6,800

3,92

4,72

0,8

Onde,

Tc– Tempo de carregamento do capacitor

Tdesc – Tempo de descarga do capacitor

V1 – Tensão mínima do capacitor

V2 – Tensão máxima do capacitor

Tripple – (V2 – V1)

Figura 3 – Desenho esquemático da forma de onda da resistência com diodo.

Comparando-se a tensão da fonte com a tensão do resistor verifica-se que a tensão do resistor é nula quando a tensão no diodo é igual a tensão na fonte, ou seja, não há passagem de corrente pelo resistor.

A tensão no resistor começa a aumentar quando a tensão no diodo passa a ser constante, fazendo com que a soma das tensões de cada parte (resistor e diodo) seja constante e numericamente igual a tensão da fonte.

O tempo (t) que demora para que a tensão do resistor comece a aumentar é igual ao tempo que demora para que o diodo atinja sua tensão de polarização.

Dos dados da tabela 1, é possível fazer uma comparação entre a constante de tempo RC com o tempo de descarga do capacitor.

Sendo assim, com uma resistência de 1kΩ e uma capacitância de 33 μF:

R.C = 1000x33x0,000001 = 33ms

Esse valor de RC, comparado com o tempo de descarga de 6,800ms, leva-nos a comprovar que o tempo de RC não é tão maior que o o tempo de descarga, portanto é possível verificar a onda, observando se o diodo está conduzindo corrente ou não. [2]

Agora, mudando o valor da capacitância, fazendo uso de um capacitor com 4700μF, obtemos uma redução na tensão de “ripple” o que comprova uma melhor filtragem do sinal. [3]

Fazendo o cálculo da constante de tempo RC para a segunda capacitância, temos:

R.C = 1000x4700x0,000001 = 4700ms

Esse valor é muito maior do que o tempo de descarga do capacitor com capacitância bem menor. Quanto maior for a capacitância, mais constante é a onda verificada. Isso ocorre porque a constante de tempo RC é relativamente muito maior do que o tempo de descarga, não sendo possível, portanto, verificar, pela onda, o tempo da descarga.

Bibliografia

[1] http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20CA/aparte1/aulas/aula001.html

[2] www.if.ufrgs.br/tex/fis142/mod07/m_s06.html

[3] http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:V_Ripple.png

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