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Ivair José de Souza

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 que são utilizados em aparelhos eletrônicos 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. I – Retificador de onda completa utilizando transformador com derivação central. I – Retificador em ponte (fornece onda completa na saída).

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 real tem resistência direta muito baixa e resistência reversa muito alta.

Funcionamento do circuito

Para o ponto A positivo em relação ao ponto B o diodo está polarizado diretamente e conduz . Com isto, a corrente circula de A até B passando pelo diodo e RL.

Para 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.

VCC = VP / pi ou VCC = 0,45 . Vef

Formas de onda considerando um diodo ideal 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 no secundário do transformador.

IL = VCC / RLe ID = IL
IP = VP / RL sendo IP o valor de pico da corrente

IL é o valor médio da corrente em RL e ID é o valor médio da corrente no diodo.

Tensão eficaz em RL = VP / 2 mas a tensão eficaz na entrada é PIV = -- VP sendo PIV o pico inverso de tensão no diodo. 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.

VCC = 8,1 V
IL = 17,2 mAID = 17,2 mA
IP = 54 mA

I-1) Sendo a o valor eficaz da tensão VAB = 18 V, RL = 470Ω, determine: PIV = - 25,4 V

Invertendo o diodo, a tensão de saída será negativa.

O diodo conduz, somente, durante os semiciclos negativos. Os semiciclos positivos ficam no diodo.

I – Retificador de onda completa utilizando transformador com derivação central.

Funcionamento do circuito.

Este circuito é também denominado de retificador de onda completa convencional. Há uma defasagem de 180º entre as tensões de saída do transformador, VA e VB. As tensões VA e VB são medidas em relação ao ponto C (0V). Quando A for positivo, B será negativo, a corrente sai de A passa por D1 e RL e chega ao ponto C. Quando A for negativo, B será positivo, a corrente sai de B passa por D2 e RL e chega ao ponto C. 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. Somente os semiciclos positivos de A e de B passam para a saída. A freqüência de ondulação na saída é o dobro da freqüência de entrada.

Formas de onda considerando diodo ideal

VCC = 2.VP / pi 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 / RLe ID = IL / 2.
IP = VP / RL onde IP é o valor de pico da corrente

IL é o valor médio da corrente em RL e ID é o valor médio da corrente nos diodos. Tensão eficaz de saída =Tensão eficaz de entrada = VP / O PIV nos diodos é o pico negativo da tensão VAB.

VCC = 8,1 V
IL = 17,2 mA e ID = 8,6 mA
IP = 27 mA

I-1) Sendo a o valor eficaz da tensão VAB = 18 V, RL = 470 ohms, determine: 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.

Se inverter somente um dos diodos tem-se uma sobrecarga que poderá danificar os diodos e o transformador.

I – Retificador em ponte

Funcionamento do circuito.

O retificador em ponte dispensa o uso do transformador com tomada central e 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. Somente os semiciclos positivos passam para a saída. A freqüência de ondulação na saída é o dobro da freqüência de entrada

Formas de onda considerando diodo ideal

VP é o valor de pico da tensão e

VCC = 2.VP / pi ou VCC = 0,9.Vef VCC é o valor médio da tensão contínua em RL. Vef é o valor eficaz ou rms da tensão de entrada (VAB).

IL = VCC / RLe ID = IL / 2.

IL é o valor médio da corrente em RL e ID é a Corrente média nos diodos. O valor de pico da corrente IP = VP / RL. Tensão eficaz de saída =Tensão eficaz de entrada = VP / O PIV nos diodos é o pico da tensão VAB. PIV = VAB.

Nota: Desprezou-se 1,4V de queda de tensão nos diodos. Tem-se uma queda de 1,4 V visto que conduzem 2 diodos ao mesmo tempo.

VCC = 27 V
IL = 3 mA e ID = 16,5 mA
IP = 51,6 mA

I-1) Sendo a o valor eficaz da tensão VAB = 30 V, RL = 820 ohms, determine: PIV = 42,3 V

Invertendo os quatro diodos, a tensão de saída será negativa.

Quando A é positivo em relação a B, a corrente sai de A passa por D4, RL, D2 e chega ao ponto B. Quando A é negativo em relação a B, a corrente sai de B passa por D3, RL, D1 e chega ao ponto A.. Quando o ponto A for positivo D2 e D4 conduzem. Quando o ponto A for negativo D1 e D3 conduzem.

Filtros para fontes de alimentação

a tensão da bateria ou da pilha

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 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 descarregará e tem-se Vond = 0V .

Para manter 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 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.

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