FILTRO CAPACITIVO

OBJETIVOS:

a) verificar experimentalmente o comportamento e a atuação da filtragem capacitiva nos circuitos retificadores;

b) calcular o valor médio retificado na carga;

c) observar o efeito do capacitor de filtro na tensão de ondulação (ripple).

INTRODUÇÃO TEÓRICA

Conectando-se um capacitor na saída de um retificador, nós podemos obter uma tensão na carga que é aproximadamente constante.

Idealmente, a tensão na saída de um retificador com capacitor de filtro é bem próxima do valor de pico da tensão retificada, descontando-se o valor da tensão de ondulação (ripple) de pico a pico.

Quanto mais eficiente for o circuito de filtro, menor será a tensão de ondulação e portanto, maior será o valor médio da tensão na saída.

Aproximadamente, podemos dizer que:

Vdc = (Vp - Vd) -

onde:

Vp = Vef ou Vrms x 1,41

Vr (pp) = Valor ret. máximo - Valor ret. mínimo

Vd = tensão no diodo

Vdc = tensão média na carga

A freqüência de ondulação de saída em um retificador de 1/2 onda é igual a freqüência da tensão que está sendo retificada, enquanto que para retificadores de onda completa, essa freqüência dobra.

Nesta experiência você fará, através de medições, uma análise comparativa da eficiência de um filtro capacitivo, em um retificador de onda completa e em um retificador de 1/2 onda.

PARTE PRÁTICA

MATERIAIS NECESSÁRIOS

1- Módulo de ensaios para retificadores

1- Multímetro digital ou analógico

1- Osciloscópio

1- Meça a resistência dos enrolamentos do primário e secundário do transformador de força e anote na tabela 1.

Atenção: Ao medir a resistência do primário certifique-se de que o mesmo esteja desligado da rede; ao medir a resistência do secundário, certifique-se de que pelo menos um dos terminais esteja totalmente livre, ou seja, sem qualquer conexão com alguma parte do circuito, para não ocasionar erro de leitura.

2- Suponha uma tensão no secundário igual a 12,6V + 12,6V (Es1 + Es2) e que RL = 750 e C = 220F. Calcule e anote na tabela 2 os valores de cada grandeza listada.

3- Execute a fiação do circuito, com RL 750 e C = 220F.

  1. Meça e anote os valores listados na tabela 2.

5- Troque o capacitor de filtro para C = 470F e repita os procedimentos 2,3 e 4.

6- Troque o resistor de carga para R = 1,5k e repita os procedimentos 2,3 e 4.

Tabela 1: Resistência dos enrolamentos do transformador

RPRIMÁRIO

RSECUNDÁRIO (secundário 1)

RSECUNDÁRIO (secundário 2)

RSECUNDÁRIO (secundário 1 + secundário 2)

Tabela 2: Retificador de onda completa em ponte

RL = 750 - C = 220F

CALCULADO

MEDIDO

Tensão eficaz no secundário

25,2V

Tensão de pico de saída

Tensão média na carga

Corrente média na carga

Potência média na carga

Freqüência de ondulação

Tensão de pico a pico de ondulação

Tabela 3: RL = 750 - C = 470F

CALCULADO

MEDIDO

Tensão eficaz no secundário

25,2V

Tensão de pico de saída

Tensão média na carga

Corrente média na carga

Potência média na carga

Freqüência de ondulação

Tensão de pico a pico de ondulação

Tabela 4: RL = 1,5k - C = 470F

CALCULADO

MEDIDO

Tensão eficaz no secundário

25,2V

Tensão de pico na saída

Tensão média na carga

Corrente média na carga

Potência média na carga

Freqüência de ondulação

Tensão de pico a pico de ondulação

VERIFICAÇÃO DE DEFEITOS

7- Suponha que um dos diodos da ponte retificadora esteja aberto, com RL = 750 e C = 470F. Calcule a tensão média na carga, a freqüência de ondulação e o valor de pico a pico da tensão de ondulação, anotando esses resultados na tabela 5.

8- Monte o circuito com um dos diodos desconectados (simulação do defeito). Meça e anote esses valores na tabela 5. Volte o diodo na posição normal após as medidas.

9- Suponha agora que o capacitor de filtro esteja aberto, considerando uma carga RL = 750. Calcule e anote os valores listados na tabela 5.

10- Monte o circuito com o capacitor aberto. Meça e anote os valores na tabela 5(basta montar o circuito não ligando o capacitor, para simular o defeito).

Tabela 5: Verificação de defeitos

MEDIDO CALCULADO

Vdc

f

Vr

Vdc

f

Vr

Diodo aberto

Capacitor aberto

Vdc = Tensão média na carga

f = Freqüência de ondulação

Vr = Tensão de ondulação de pico a pico

PROJETO:

11- Determine o valor de um capacitor de filtro para o circuito retificador de onda completa em ponte, para uma tensão de ondulação de pico a pico de 10% da tensão de saída, com uma carga de 3k. Calcule e anote cada valor conforme listado na tabela 6.

12- Monte o circuito, meça e anote os valores listados na tabela 6 (caso necessário faça a associação de capacitores e resistores, para obter os valores do projeto)

Tabela 6: Projeto

CALCULADO

MEDIDO

Tensão eficaz no secundário

25,2V

Tensão de pico na saída

Tensão média na carga

Corrente média na carga

Potência média na carga

Capacitor de filtro

sem anotação

Freqüência de ondulação

Tensão de pico a pico de ondulação

QUESTÕES:

1- No retificador de onda completa em ponte, desta experiência, a tensão média de saída do retificador com filtro capacitivo foi de aproximadamente:

a) tensão de pico do primário

b) tensão de pico do secundário

c) tensão eficaz do primário

d) tensão eficaz do secundário

2- A tensão de ondulação de pico a pico diminui quando:

a) a resistência de carga diminui

b) o capacitor de filtro diminui

c) a freqüência de ondulação diminui

d) o capacitor de filtro aumenta

3- Qual é a relação de espiras do transformador utilizado nesta experiência?

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4- A freqüência de ondulação na saída, em funcionamento normal é:

a) 0 b) 60Hz c) 120Hz d) 240Hz

5- Quando a resistência de carga aumenta, a tensão de ondulação de pico a pico:

a) diminui

b) aumenta

c) permanece constante

d) nenhuma destas respostas é correta

6- Explique resumidamente o funcionamento de um filtro capacitivo.

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7- Quando um diodo qualquer abre no retificador de onda completa em ponte, desta experiência, o circuito torna-se um filtro capacitivo alimentado por:

a) retificador de 1/2 onda

b) retificador em ponte

c) retificador de onda completa

d) conversor unilateral

8- Explique resumidamente o que acontece no circuito desta experiência se o capacitor de filtro abre.

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9- Em um projeto você usaria capacitor de filtro de baixo ou alto valor de capacitância? Justifique sua resposta.

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FILTRO CAPACITIVO EM RETIFICADOR DE 1/2 ONDA

Nesta etapa analisaremos o comportamento de um filtro capacitivo em um retificador de 1/2 onda.

1- Execute a fiação do circuito em questão. Calcule e anote os valores listados na tabela 7, para uma carga RL = 750 e C = 220F.

2- Meça e anote os valores listados na tabela 7.

Tabela 7: Retificador de 1/2 onda

RL = 750 - C = 220F

CALCULADO

MEDIDO

Tensão eficaz no secundário

25,2V

Tensão de pico de saída

Tensão média na carga

Corrente média na carga

Freqüência de ondulação

Tensão de pico a pico de ondulação

3- Compare os valores medidos na tabela 2 (retificador de onda completa em ponte) com os valores medidos na tabela 7 (retificador de 1/2 onda). Preencha a tabela 8.

Tabela 8: Comparação da atuação do filtro capacitivo em circuitos retificadores de onda completa e de 1/2 onda

TABELA 2

Onda completa

(medido)

TABELA 7

1/2 onda

(medido)

Tensão eficaz no secundário

Tensão de pico de saída

Tensão média na carga

Corrente média na carga

Freqüência de ondulação

Tensão de pico a pico de ondulação

Porcentagem de ondulação

4- Para cada linha da tabela 8, faça uma análise comparativa, através de um breve resumo.

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QUESTÕES:

1- Suponha que o capacitor de filtro do retificador de 1/2 onda abra. Qual será a porcentagem de ondulação na saída?

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2- Suponha que o capacitor de filtro do retificador de onda completa abra. Qual será a porcentagem de ondulação na saída?

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3- Em quais condições em um projeto, você optaria por usar um retificador de 1/2 onda, com filtro?

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4- Para manter a mesma porcentagem de ondulação em um circuito de filtro em um retificador de onda completa e em um retificador de 1/2 onda, que providência você tomaria durante o projeto?

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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA GERAL – FILTRO CAPACITIVO

Prof. Edgar Zuim

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