Circuitos Retificadores com Filtro Capacitivo

Circuitos Retificadores com Filtro Capacitivo

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Circuitos Retificadores com Filtro Capacitivo

  • Introdução

Este relatório tem como tema “Circuitos Retificadores com Filtro Capacitivo”.

Segue, na Introdução Teórica, uma breve explicação sobre o princípio de funcionamento dos capacitores, sua energia armazenada e filtros capacitivos, para uma melhor introdução e explanação sobre retificadores de meia onda e de onda completa e seu princípio de funcionamento.

  • Introdução Teórica

Capacitores

Capacitores ou condensadores são elementos elétricos capazes de armazenar carga elétrica e, conseqüentemente, energia potencial elétrica.

Podem ser esféricos, cilíndricos ou planos, constituindo-se de dois condutores denominados armaduras que, ao serem eletrizados, num processo de indução total, armazenam cargas elétricas de mesmo valor absoluto, porém de sinais contrários.

O capacitor tem inúmeras aplicações na eletrônica, podendo servir para armazenar energia elétrica, carregando-se e descarregando-se muitas vezes por segundo. Na eletrônica, para pequenas variações da diferença de potencial, o capacitor pode fornecer ou absorver cargas elétricas, pode ainda gerar campos elétricos de diferentes intensidades ou muito intensos em pequenos volumes.

Capacitância

A carga elétrica armazenada em um capacitor é diretamente proporcional à diferença de potencial elétrico ao qual foi submetido.

Assim sendo, definimos capacidade eletrostática C de um capacitor como a razão entre o valor absoluto da carga elétrica Q que foi movimentada de uma armadura para outra e a ddp U nos seus terminais.

Essa carga elétrica corresponde à carga de sua armadura positiva.

 

Figura 1:Ilustração e fórmula da capacitância

A capacidade eletrostática de um capacitor depende da forma e dimensões de suas armaduras e do dielétrico (material isolante) entre as mesmas.

A unidade de capacidade eletrostática, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o farad (F).

Energia Armazenada

O gráfico abaixo representa a carga elétrica Q de um capacitor em função da ddp U nos seus terminais.

Como, nesse caso, Q e U são grandezas diretamente proporcionais, o gráfico corresponde a uma função linear, pois a capacidade eletrostática C é constante.

Figura2: Carga elétrica em função da ddp.

Considerando que o capacitor tenha adquirido a carga Q quando submetido à ddp U do gráfico, a energia elétrica Welétr armazenada no capacitor corresponde à área do triângulo hachurado. 

e como Q = C · U, então 

Figura 3: Fórmulas.

Filtro Capacitivo

O filtro capacitivo tem a finalidade de eliminar a componente AC do circuito, tornando o sinal ondulante.

Figura 4: Tensão retificada sem o uso do capacitor.

Figura 5: Tensão retificada com o uso do capacitor.

Retificador de Meia Onda com Filtro Capacitivo

O circuito mostrado na figura apresenta o que chamamos de “filtragem” que, no caso, consiste na eliminação de variações bruscas na tensão es(t) sobre a carga resistiva Rc graças à presença do capacitor C que age como “amortecedor”.

Figura 6: Retificador de meia onda com filtro capacitivo.

Suponhamos que o capacitor esteja inicialmente descarregado. Ao chegar o primeiro semiciclo positivo de eG(t), o diodo D conduz colocando C e R diretamente em contato com a tensão eG(t), a menos de vd. Enquanto eG(t) estiver aumentando, o diodo estará conduzindo, a corrente na resistência será (eG(t) – vd) / R e o capacitor vai se carregando até atingir a tensão máxima (EG – vd).

Quando eG(t) atinge o máximo e começa a cair, a carga em C tenta voltar, o que é impedido pelo imediato bloqueio do diodo. A carga do capacitor não tem alternativa senão

escapar suave e exponencialmente através de R (figura 12), enquanto a tensão no outro lado do diodo vai caindo até atingir o pico negativo de eG(t). Nesse instante, a tensão inversa sobre o diodo é máxima, sendo igual à aproximadamente |–2EG|.

O diodo só volta a conduzir quando eG(t) iguala es(t) (ângulo q1) e o capacitor então se carrega novamente ao máximo, até que ocorra novo bloqueio (ângulo q2). Conforme observamos na figura 11, a corrente no diodo inicialmente atinge um valor bastante elevado (surto inicial), uma vez que ao o ligarmos o circuito, o capacitor encontra-se descarregado e na saída do circuito produz-se em conseqüência, um curto-circuito se desprezarmos a resistência série equivalente do capacitor (ESR). A corrente fica limitada apenas pela resistência da fonte de alimentação, Rs. Por isso, a citada resistência deve assumir um valor de compromisso entre um mínimo, que mantém este pico de corrente abaixo do nível máximo permitido, e um máximo que ainda satisfaça às exigências de regulação e rendimento do circuito.

Retificador de Onda Completa em Ponte com Filtro Capacitivo

O valor médio da tensão de saída, calculado de forma análoga ao caso de retificador de meia onda com filtro capacitivo, é:

Figura 7: Valor médio da tensão de saída.

Note que eG(t) é a tensão de saída em aberto do secundário do transformador (VPsec).

Figura 8: Valor médio da tensão de saída.

  • Objetivo

Verificar experimentalmente o funcionamento de circuitos retificadores (de meia onda e em ponte), observando a influência do capacitor no circuito.

  • Material Utilizado

  • Um osciloscópio com dois canais (realizar medidas com acoplamento DC)

  • Um multímetro digital

  • Um transformador ( 120 V :8V )

  • Quatro diodos 1N4007

  • Um resistor de 1Ohm

  • Dois resistores de 100 Ohms e 1 Watt

  • Um capacitor eletrolítico de 100 uF e 20V

  • Um capacitor eletrolítico de 470 uF e 20V

  • Procedimento

  1. Retificador de meia onda com capacitor de 100 µF.

Monte o circuito retificador abaixo:

  1. Meça o valor da tensão media na saída do retificador , ou seja, sobre a carga de 200 Ohms, com o multímetro na escala VDC.

  1. Desenhe em papel milimetrado, as formas de onda dos canais 1 e 2 do osciloscópio de forma sincronizada. Indique nos gráficos as escalas de tensão corrente e de tempo. Não esqueça de inverter o sinal da forma de onda do canal 2 do osciloscópio que representa a forma de onda da corrente no diodo.

  1. Procure estimar o valor médio da tensão na carga utilizando a curva que você desenhou (canal 1). Considere os trechos de curva aproximados por segmentos de reta. Compare com o valor obtido na medida com o multímetro.

  1. Qual o valor da corrente media na carga ?

  1. Qual o valor da constante de tempo RC do circuito ?

  1. Qual o valor do período T da forma de onda de entrada e de saída ?

  1. Estime o valor da tensão de ondulação Vr da forma de onda do canal 1.

  1. Calcule o valor da tensão de ondulação Vr pela expressão abaixo :

      1. Vr = ( Vp. T ) / ( R.C )

  1. Compare com o valor estimado acima. Se muito diferente, explique por quê.

  1. Coloque o resistor de 1 Ohm em serie com o capacitor , ligado do capacitor para o terminal de terra. A forma de onda obtida representa a corrente no capacitor. Desenhe esta forma de onda em uma folha de papel milimetrado, graduando os eixos de corrente e de tempo.

  1. A partir da forma de onda da tensão sobre a carga, desenhe a forma de onda da corrente sobre a carga na mesma folha em que você desenhou a corrente sobre o capacitor.

  1. Some ponto a ponto as duas formas de onda de corrente (sobre a carga e sobre o capacitor) e faça um novo gráfico na mesma folha sincronizado com as outras correntes. Esta corrente representa a corrente sobre o diodo. Compare com a forma de onda invertida medida no canal 2 do osciloscópio no item .2.

  1. Retificador de meia onda com capacitor de 470 µF.

Substitua o capacitor de 100 µF por um de 470 µF e repita o procedimento do item anterior.

  1. Retificador em ponte com capacitor de 470 µF.

Monte o circuito retificador abaixo

Repita o mesmo procedimento anterior para o circuito retificador em ponte.

  • Bibliografia

http://www.fisica-potierj.pro.br/poligrafos/capacitores.htm

http://www.etrr.com.br/mecatronica/eletronica/07_fonte_alimentacao.pdf

http://www.cefetsc.edu.br/~petry/Ensino/Desenho_Tecnico/Aula_03.pdf

http://www.eletronica24h.com.br/cursoeletronica/cursoEN2/aulas/Aula005.htm

http://www.lsi.usp.br/~roseli/www/psi2307_2004-Teoria-1-Retif.pdf

http://www.novaeletronica.net/curso/cap20.htm

Engenharia Elétrica - Laboratório de Circuitos Eletrônicos

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