circuitos retificadores, Notas de estudo de Engenharia de Manutenção

Baixe circuitos retificadores e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Manutenção, somente na Docsity! 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. II – Retificador de onda completa utilizando transformador com derivação central. III – 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 e com isto, a corrente circula de A até B passando pelo diodo e RL. Para o ponto A negativo em relação ao ponto 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. Ivair José de Souza Formas de onda considerando um diodo ideal VCC = VP / π ou VCC = 0,45 . Vef . 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 / RL e ID = IL IL é o valor médio da corrente em RL e ID é o valor médio da corrente no diodo. IP = VP / RL sendo IP o valor de pico da corrente. 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. I-1) Sendo a o valor eficaz da tensão VAB = 18 V, RL = 470Ω, determine: VCC = 8,1 V IL = 17,2 mA ID = 17,2 mA IP = 54 mA 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. Ivair José de Souza III – 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 VCC = 2.VP / π ou VCC = 0,9.Vef VCC é o valor médio da tensão contínua em RL. VP é o valor de pico da tensão e . Vef é o valor eficaz ou rms da tensão de entrada (VAB). IL = VCC / RL e 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. III-1) Sendo a o valor eficaz da tensão VAB = 30 V, RL = 820 ohms, determine: VCC = 27 V IL = 33 mA e ID = 16,5 mA IP = 51,6 mA 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 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 tensão da bateria ou da pilha. Uma maneira simples para 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 (ripple) 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 descarrega de VP até Vmin e neste intervalo o diodo não conduz. A Forma de onda na saída está mostrada abaixo. Ivair José de Souza Filtro a capacitor para retificador de onda completa Funcionamento A filtragem para o retificador de onda completa é mais eficiente do que para o retificador de meia onda. Em onda completa o capacitor será recarregado 120 vezes por segundo. O capacitor descarrega durante um tempo menor e com isto a sua tensão permanece próxima de VP até que seja novamente recarregado. O tempo durante o qual o capacitor descarrega é a metade do período ( t = T / 2). Quando RL drena alta corrente é necessário um retificador de onda completa. As equações para onda completa são as mesmas utilizadas para meia onda, no entanto, a freqüência de ondulação para onda completa é de 120 Hz. VCC = VP – Vond / 2 VCC é o valor médio da tensão contínua na saída. VP é o valor de pico da tensão no capacitor (desconsiderou-se a queda de tensão nos diodos). Vef é o valor eficaz ou rms da tensão alternada na saída do transformador (VAB) f = 120 Hz para onda completa Vond é a tensão de ondulação ou de ripple na saída e quanto menor for Vond mais próxima de uma tensão contínua pura será a tensão de saída. I é a corrente em RL f é a freqüência de ondulação na saída e é igual a 120 Hz para onda completa. C é o valor do capacitor em FARADS ( 2200 µF = 2200 . 10--6 F) Se Vond tende a zero, a tensão de saída tende ao valor de pico. Para Vond = 0V tem-se VCC = VP. Sem RL, a corrente IL será 0A, o capacitor não descarrega e tem-se Vond = 0V. Ivair José de Souza Exercícios de fixação. 1) Sendo IL = 1,5 A, VAB = 30 Vef, C = 2200 µF, determine Vond e VCC. Resp: Vond = 5,7 V VCC = 39,5 V 2) Sendo IL = 500 mA, VCC = 12V, Vond = 2V, determine o valor do capacitor e da tensão de saída do transformador C = 2083 µF (O valor comercializado mais próximo é de 2200µF) VAB = 9,2 Vef Formas de onda para filtragem em meia onda e em onda completa. Em onda completa a filtragem é mais eficiente do que para meia onda e isto por que, no retificador de onda completa com filtro, a tensão de ondulação é menor. O filtro a capacitor, em onda completa, torna a tensão de saída mais próxima de uma tensão contínua pura. Ivair José de Souza Filtro a capacitor para retificador de onda completa Exercícios de fixação. 1) Sendo IL = 600 mA, C = 1000 µF, VAB = 18 Vef, determine: Resp: Vond = 5 V VCC = 10,2 V 2) Sendo IL = 300 mA, VCC = 20V, Vond = 2,5 V, determine o valor do capacitor e da tensão de saída do transformador. Resp: C = 1000 µF VAB = 30 Vef Considerações Para os circuitos retificadores com filtro a capacitor estudados desconsiderou-se a queda de tensão nos diodos que é de aproximadamente 0,7V para diodos de Silício. No retificador de meia onda e de onda completa convencional, o pico de tensão no capacitor é o pico de tensão de entrada menos 0,7V isto é, − 0,7V. Consequentemente o valor de VCC será 0,7V abaixo do valor calculado. No retificador em ponte diminui-se 1,4V visto que dois diodos conduzem ao mesmo tempo − 1,4V sendo Vp a tensão de pico no capacitor de filtro. O valor de VCC será 1,4V abaixo do valor calculado. Ivair José de Souza Fonte simétrica com tensão de saída REGULADA. Nos reguladores 78XX, o pino 1 é a entrada e o pino 2 é o comum (ligado ao terra). Nos reguladores 79XX, o pino 2 é a entrada e o pino 1 é o comum (ligado ao terra). O pino 3 é a saída tanto para o 78XX quanto para o 79XX. Fonte regulada e ajustável de 1,25V a 16,5V com o LM317 O circuito integrado regulador de tensão LM317 permite ajustar a tensão de saída de 1,25V a 37V. Ivair José de Souza Fonte regulada com uma tensão de +9V na saída, utilizando o LM7805. Ligando-se um resistor R em série com o pino 2 do regulador 7805 obtém-se uma tensão regulada maior do que 5V. A corrente no pino 2 é constante e igual a 5 mA (de 4mA a 6mA). Vsaída = 5V + VR Vsaída = 5V + 800Ω . 5mA Vsaída = 5V + 4V = 9V. Para se ter Vsaída = 7,5V o valor de R será: R = (Vsaída – 5V) / 5mA R = ( 7,5V – 5V) / 5mA R = 2,5V / 5mA R = 500Ω Para ajustar a tensão de saída acima de 5V, utilize um resistor variável para o resistor R. A tensão mínima de entrada é de aproximadamente 3V acima da tensão de saída. Vent (min) = Vsaída + 3V Ivair José de Souza