Eletronica Retificadores

Eletronica Retificadores

(Parte 1 de 3)

CAPÍTULO 1

Retificadores

Prof. Dr. Rogério Furlan

1.1 INTRODUÇÃO

A energia elétrica, hoje disponível em grande quantidade graças às extensas redes de distribuição, apresenta-se sob a forma de Corrente Alternada Senoidal, em geral de 220V ou

110V (valores eficazes)* e freqüência de 50 ou 60 Hz. Esta pode ser utilizada diretamente para acionamento de motores, aquecimento resistivo e iluminação. Outras aplicações requerem corrente contínua como, por exemplo, os processos eletrolíticos industriais, o acionamento de motores de alto conjugado de partida (utilizados em tração elétrica e controles industriais), carregadores de bateria e a alimentação de praticamente todos os circuitos eletrônicos.

A obtenção de corrente contínua, a partir da corrente alternada disponível, é indispensável nos equipamentos eletrônicos. Estes, invariavelmente, possuem um ou mais circuitos chamados “Fontes de Alimentação” ou “Fontes de Tensão”, destinados a fornecer as polarizações necessárias ao funcionamento dos dispositivos eletrônicos. Aos circuitos ou sistemas destinados a transformar corrente alternada em contínua damos o nome genérico de “Conversores C.A. - C.C.”.

Para obtenção de corrente contínua em escala industrial (acima de dezenas de quilowatts) utilizam-se conversores constituídos de grupos motor-gerador em que o motor de corrente alternada é acionado pela rede e move um gerador de corrente contínua, como mostrado na figura 1.

Figura 1: Conversores C.A. - C.C.

Para obtenção de corrente contínua em pequena escala, como na alimentação de equipamentos eletrônicos a conversão se faz por meio dos circuitos retificadores, que em muitos casos começam a substituir os conversores eletromecânicos (motor-gerador) até para elevadas potências, devido ao alto rendimento que apresentam.

Lembre-se que para uma forma de onda senoidal, o valor eficaz (ou rms - root mean square) de 110V corresponde a

1.2 CIRCUITOS RETIFICADORES COM DIODOS

Analisaremos a seguir vários tipos de circuitos onde a retificação é realizada por diodos semicondutores. Como você já sabe, o diodo semicondutor é um componente não linear que permite passagem de corrente num sentido e impede a passagem de corrente no sentido contrário. Na figura 2 temos o símbolo de um diodo semicondutor bem como a curvas características de um diodo ideal e de um diodo real.

Figura 2: Diodo semicondutor.

Como vemos, dentro de certas limitações, as duas curvas são bem semelhantes. Evidentemente, o fator de escala para correntes no sentido negativo está exagerado, e a queda de tensão no sentido direto (da ordem de 1 V) pode ser desprezada em primeira análise na maioria dos circuitos (como veremos mais adiante a queda de tensão vd no sentido direto no diodo é geralmente muito menor que tensão do transformador e a queda de tensão nos demais componentes). Já a ruptura da junção do diodo ocorre em tensões reversas elevadas nas quais o diodo não deve ser utilizado para retificar. Por exemplo, para 200 V eficazes (pico de 280 V) devemos utilizar um diodo que tenha tensão de ruptura pelo menos de 300 V (o melhor seria cerca de 500 V para maior margem de segurança) e com isto garantirmos que não ocorrerá ruptura.

Além da tensão de ruptura, os diodos reais possuem outras limitações (geralmente indicadas pelo fabricante nos manuais), que passaremos a enumerar:

Tensão de Ruptura: Já explicada acima, aparece nos manuais como Vreverso. Id máx: Corrente direta contínua máxima.

Ipico repetitivo : Máximo valor de pico repetitivo (função da freqüência).

Isurto : Máximo valor de corrente de pico não repetitivo, é função da freqüência e dos parâmetros do circuito e da duração do surto inicial.

vd : Tensão direta aplicada no diodo durante a condução. Irev máx : Máximo valor da corrente Reversa.

Geralmente o fabricante fornece mais dados como: capacitância parasitária do diodo, características mecânicas e térmicas do componente. No estudo dos circuitos apresentados a seguir vamos considerar um diodo modelado por um diodo ideal em série com uma fonte de tensão vd.

1.2.1 Retificador de Meia Onda, Carga Resistiva

Neste circuito, mostrado na figura 3, a corrente na resistência de carga Rc só circula num sentido, embora a tensão eg(t) aplicada ao circuito seja alternada (senoidal). A corrente só circula quando o potencial do ponto A for mais elevado que o potencial do ponto B acrescido

de vd, ou seja eg(t) > vd, quando o diodo se acha em plena condução. A tensão (eg(t) – vd) fica toda aplicada na resistência de carga e a corrente é (eg(t) – vd)/Rc. Quando eg(t) < vd, o diodo bloqueia completamente e não há fluxo de corrente. Como não há queda de potencial através da resistência de carga, toda a tensão fica aplicada no diodo.

PB Figura 3: Circuito retificador de 1/2 onda com carga resistiva.

Figura 4: Formas de onda no retificador de 1/2 onda sem filtro

A figura 4 mostra as formas de onda que aparecem no circuito. Nota-se que a corrente só passa em um sentido e possui um valor médio (componente contínua) não nulo e que a tensão

1.2.2 Retificador de Onda Completa, Carga Resistiva

1.2.2.1 Retificador em Ponte

O circuito da figura 5 permite condução em Rc nos dois semiciclos da senóide, o que significa que para uma mesma tensão de entrada eg(t) a corrente média é o dobro da que tínhamos no circuito anterior. Quando eg(t) > 2vd (pois agora temos dois diodos em série), os diodos D1 e D3 conduzem (figura 6.a), o que automaticamente bloqueia D2 e D4 . Ou seja, D1 cria um caminho de corrente entre o terminal superior de Rc e o potencial Pa e D4 cria um caminho de corrente entre Rc e o potencial Pb. Portanto, na resistência Rc temos uma tensão es(t) igual a (eg(t) – 2vd) e a corrente será ic(t) = (eg(t) – 2vd)/Rc. Quando |eg(t)| < |2vd|, nenhum diodo conduz e portanto ic (t)=0.

Quando eg(t) < –2vd (figura 6.b), isto é, quando Pa < (Pb – 2vd), o diodo D2 conduz bloqueando D1 e o diodo D3 conduz também, bloqueando D4. A corrente passa pelo caminho formado por D2, Rc e D3, passando pela resistência no mesmo sentido que o anterior. Agora vale a relação es(t) = (–eg(t) – 2vd).

Figura 5: Circuito retificador de onde completa com ponte de diodos.

Figura 6: Sentidos de condução no retificador de onda completa em ponte: a) eg(t) > 2vd ; b) eg(t) < – 2vd.

Na figura 7 vemos as formas de onda do circuito retificador em ponte. Nota-se que a corrente do gerador é ainda senoidal, embora a corrente em Rc passe sempre num só sentido.

Figura 7: Formas de onda no retificador de onda completa em ponte.

Como normalmente EG >> vd, a tensão reversa máxima em cada diodo é aproximadamente –EG.

1.2.2.2 Retificador de Onda Completa com Transformador de Terminal Central

O circuito da figura 8, que utiliza um transformador com terminal central (center tap), também permite a passagem de corrente por Rc nos dois semiciclos da senóide.

Figura 8: Retificador de onda completa com transformador de terminal central.

O funcionamento do circuito, de acordo com os semiciclos de eg1(t) e eg2(t), está ilustrado na figura 9. No primeiro semiciclo (figura 9.a), eg1(t) é positivo e eg2(t) é negativo, e portanto o diodo D1 conduz e o diodo D2 corta assim que eg1(t) > vd.

No segundo semiciclo (figura 9.b), eg1(t) é negativo e eg2(t) é positivo, e portanto o diodo D1 corta e o diodo D2 conduz assim que eg2(t) > vd.

Figura 9: Funcionamento do circuito retificador de onda completa com transformador de terminal central.

Nota-se que a corrente sempre circula em um mesmo sentido sobre a carga. A tensão reversa máxima sobre cada diodo é o dobro da tensão de pico que aparece em cada metade do secundário, 2EG, se desprezarmos Vd.

1.2.3 Retificador de Pico (carga capacitiva)

No circuito da figura 10 temos o retificador de pico, onde ao invés de uma carga resistiva (item 2.1) temos uma carga puramente capacitiva. A capacitância só pode se carregar positivamente, pois o diodo não permite a circulação de corrente no semiciclo negativo.

Durante o primeiro semiciclo positivo de eg(t) o diodo conduz totalmente e carrega a capacitância à tensão (EG-vd).

Figura 10: Retificador de pico.

Quando eg(t) começa a cair, a capacitância tenderia a se descarregar, o que bloqueia D imediatamente, impedindo que C se descarregue. A capacitância mantém, portanto, a carga correspondente a (eg(t) – vd), e a tensão es(t) entre suas extremidades terá o valor (EG– vd). No caso da figura citada, vamos supor que ao ser aplicada a tensão eg(t) ao circuito, a

capacitância já possuísse uma carga inicial Q0 , o que manteria a tensão nos seus terminais no valor V0 = Q0/C. Então, o diodo só começaria a conduzir quando eg(t) atingisse a tensão (V0 + vd). Isto é verdade mesmo que a tensão de entrada tenha uma outra forma da onda.

1.2.4 Retificador de Meia Onda com Filtro Capacitivo

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