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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. (ou em inglês, A.C. – D.C, alternate current – direct current).

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.

Cap.1-2 - Retificadores Eletrônica Experimental

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 as 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.

Eletrônica Experimental Retificadores – Cap.1-3

1.2.1 Retificador de Meia Onda, Carga Resistiva

No 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 (PA) for mais elevado que o potencial do ponto B (PB) acrescido de vd, ou seja eG(t) > vd, quando o diodo se acha em plena condução. Nesta situação, a tensão (eG(t) – vd) fica toda aplicada na resistência de carga e a corrente é dada por (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.

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

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

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

Cap.1-4 - Retificadores Eletrônica Experimental

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 D3 cria um caminho de corrente entre Rc e o potencial Pb. Portanto, na resistência Rc temos uma tensão es(t) = (eg(t) – 2vd) e a corrente será dada por (eG(t) – 2vd)/Rc.

Quando –2vd < 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 D4 conduz também, bloqueando D3. A corrente passa pelo caminho formado por D2, Rc e D4, 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.

Eletrônica Experimental Retificadores – Cap.1-5

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|.

Cap.1-6 - Retificadores Eletrônica Experimental

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 eG 2(t), está ilustrado na figura 9.

No primeiro semiciclo (figura 9.a), eG1t) 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.

Eletrônica Experimental Retificadores – Cap.1-7

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