Circuitos Retificadores: Meia Onda e Onda Completa

Circuitos Retificadores Retificador meiaonda Retificador ondacompleta UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 2 Retificadores Conceito Por apresentar um comportamento que pode ser aproximado por uma chave o diodo semicondutor em uma de suas aplicações é usado para transformar um sinal alternado AC geralmente em tensão em um sinal contínuo DC ainda que pulsante A idéia consiste em usar esta chave de estado sólido de forma a permitir que apenas um dos semiciclos da onda alternada passe para a carga Retificar é portanto sinônimo de transformar um sinal AC em um sinal DC Os circuitos retificadores são essenciais na construção das chamadas Fontes de Alimentação que provêm um sinal DC para a excitação de outros circuitos eletrônicos como amplificadores osciladores conversores de dados circuitos digitais etc 3 Retificadores Conceito Para os retificadores usamse diodos retificadores VD 1V uma vez que são considerados circuitos de potência Exemplo 4 Retificadores Transformador isolador Normalmente a fonte de sinal AC é o sistema de distribuição oferecido pela concessionária de energia elétrica Apesar de existirem retificadores que operam diretamente da linha AC é comum prover um meio de isolamento Isto é alcançado pela inserção de um Transformador Abaixador que apresenta um acoplamento magnético entre primário e secundário Os valores de tensão tanto do primário quanto do secundário são expressos em Volt RMS valores eficazes A linha AC pode se tornar perigosa porque a sua resistência Thévenin equivalente é muito baixa e qualquer condição de curto circuito pode levar a elevados valores de corrente elétrica Retificador de Meia Onda N N V V 2 1 2 1 5 A função do Transformador é fornecer um nível de tensão menor para o retificador pico da rede AC é de 180V e atuar como um isolador o acoplamento entre secundário e primário é feito através de um circuito magnético Topologia clássica para retificadores de Meia Onda Relação entre as tensões de um transformador Entrada V1 e N1 Saída V2 e N2 N1 N2 A título de exemplo considerar Rede AC 127V RMS a relação de transformação 1277 e a carga RL 20W Retificador de Meia Onda 6 Exemplos de transformadores 7 Retificadores Transformador isolador Exemplo 8 Retificadores Valor Eficaz Valor eficaz ou RMSRoot Mean Square de uma onda periódica de CORRENTE e TENSÃO está relacionado com o calor dissipado em uma resistência O valor eficaz representa o valor de uma tensão ou corrente contínua que produz a mesma dissipação de potência que a tensão ou corrente periódica Retificador de Meia Onda Retificador de Meia Onda 10 Retificadores Retificador de Meia Onda 11 Dividir a análise em duas partes 1 semiciclo positivo e 2 semiciclo negativo Retificadores Retificador de Meia Onda 12 Semiciclo Positivo Diodo Polarizado Diretamente t 0 t V sen V t P i Observação Diodo de Sinal VD 07 V Retificador VD 1 V D i L V V t V t Retificador de Meia Onda 13 Semiciclo Positivo Diodo Polarizado Diretamente V i V D V L ID I L V it t V P R L t 0 t V sen V t P i Observação Diodo de Sinal VD 07 V Retificador VD 1 V D i L V V t V t Retificador de Meia Onda 14 Semiciclo Negativo Diodo Polarizado Reversamente Vi VL 0 IR I L 0 VR V it t V P RL 2 t t V sen t V P i 0 t VL 15 Retificador de Meia Onda Tensão na fonte Tensão sobre a carga 16 D1 D1N4001 V1 FREQ 60 VAMPL 15 VOFF 0 0 Vcarga Vsin 0 R1 1k I Retificador de Meia Onda T i m e 0 s 2 m s 4 m s 6 m s 8 m s 1 0 m s 1 2 m s 1 4 m s 1 6 m s 1 7 m s V V C A R G A V V S I N 2 0 V 1 0 V 0 V 1 0 V 2 0 V 17 T i m e 6 0 0 m s 6 4 0 m s 6 8 0 m s 7 2 0 m s 7 6 0 m s 8 0 0 m s 8 4 0 m s 8 8 0 m s 9 2 0 m s 9 6 0 m s 5 6 8 m s 9 9 1 m s V V C A R G A V V S I N 0 V 4 0 0 V 3 9 4 V 6 0 6 V Tensão na fonte V1 e R1 Retificador de Meia Onda 18 T i m e 0 s 2 m s 4 m s 6 m s 8 m s 1 0 m s 1 2 m s 1 4 m s 1 6 m s 1 8 m s 2 0 m s V V S I N V C A R G A 1 5 V 1 0 V 5 V 0 V V V C A R G A V V S I N 5 V 1 0 V 1 5 V 1 V S E L Tensão na fonte V1 e R1 Tensão no diodo D1 Retificador de Meia Onda 19 T i m e 0 s 2 m s 4 m s 6 m s 8 m s 1 0 m s 1 2 m s 1 4 m s 1 6 m s 1 8 m s 2 0 m s V V S I N V C A R G A 1 0 V 0 5 V 0 V 0 5 V 1 0 V Tensão no diodo D1 Retificador de Meia Onda 20 T i m e 0 s 1 0 m s 2 0 m s 3 0 m s 4 0 m s 5 0 m s 6 0 m s 7 0 m s 8 0 m s 9 0 m s V V S I N V V C A R G A 0 V 5 V 1 0 V 1 5 V Sinal na fonte V1 e R1 Retificador de Meia Onda Retificador de Meia Onda 21 Uma vez que o diodo conduz em apenas um semiciclo o sinal sobre a carga é um sinal DC ainda que pulsante Portanto o processo de retificação consiste em transformar um sinal AC em um sinal DC ainda que pulsante Dependendo dos valores das tensões envolvidas e da resistência de carga devese avaliar qual o melhor modelo do diodo a ser utilizado Normalmente o modelo simplificado é o mais indicado para a maioria dos circuitos práticos Retificador de Meia Onda 22 Relações Importantes L LAV Lpico LAV L Lpico Lpico Lpico LAV D secpico Lpico secRMS secpico R V I I R V I V V V V V 2 V V Lembrar que por definição o valor médio de uma função periódica é dado por 2 0 AV t td 2 1 f F Lei de Ohm AV Average médio Lpico LAV Lpico SECpico 32 de V 2 87V 9V V 9V 1V 10V V 10V 7 2 V Retificador de Meia Onda 23 Tensão sobre a Carga VLωt D Deslig D Lig f 60 Hz Vi rms 7V Rede AC 127V RMS Relação de transformação 1277 Carga RL 20W Vpico 9V Retificador de Meia Onda 24 Tensão sobre o Diodo 10V V V t V V 1V V SECpico RRM sec D D Desl Lig D Desl D Lig f 60 Hz Retificador de Meia Onda 25 Corrente na carga ILωt Corrente no Diodo 0143A 0 2 287 V 45A 0 R V I I 045A 0 2 V 9 R V I L LAV DPICO DAV L Lpico Dpico W D Lig D Desl f 60 Hz Retificador de Meia Onda 26 Algumas Observações Importantes Especificação dos Diodos Tensão Reversa Máxima VRRM PIV VSECpico segurança 15 a 20 Corrente Direta Média Máxima IO ILAV segurança 15 a 20 Valores médios podem ser avaliados através do multímetro amperímetro eou voltímetro em suas escalas DC Circuitos com Diodo Retificador Onda Completa UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 28 Retificador de Onda Completa Transformador com Derivação Central 29 Retificador de Onda Completa Transformador com Derivação Central Topologia do Retificador de Onda Completa Este tipo de retificador apresenta dois diodos somente mas requer um transformador com derivação central center tap CT para estabelecer o sinal de entrada em cada seção do secundário do transformador 30 Retificador de Onda Completa Transformador com Derivação Central Durante a porção positiva de vi primário do transformador o diodo D1 assume o curtocircuito equivalente e D2 o circuito aberto equivalente conforme determinado pelas tensões no secundário e pelos sentidos das correntes resultantes 31 Retificador de Onda Completa Transformador com Derivação Central Desenho alternativo para o Retificador de onda completa transformador derivação central Tap Central ou TC 32 Retificador de Onda Completa Transformador com Derivação Central Durante a porção negativa de vi primário do transformador há a inversão das funções dos diodos D1 assume o aberto equivalente e D2 o curtocircuito equivalente mas com a mesma polaridade da tensão através do resistor de carga R 33 Retificador de Onda Completa Transformador com Derivação Central Desenho alternativo para o Retificador de onda completa transformador derivação central Tap Central ou TC 34 Retificador de Onda Completa Transformador com Derivação Central Desenho alternativo para o Retificador de onda completa transformador derivação central Tap Central ou TC 35 Retificador de Onda Completa Transformador com Derivação Central A tensão de pico reversa PIV dos diodos deste retificador é 2Vm soma das tensões do circuito ao lado PIV Vsecundário VR PIV Vm Vm PIV 2Vm 36 Retificador de Onda Completa Transformador com Derivação Central Algumas Observações Importantes Especificação dos Diodos Tensão Reversa Máxima VPIV 2VSECpico segurança 15 a 20 Corrente Direta Média Máxima IO ILAV2 segurança 15 a 20 Valores médios podem ser avaliados através do multímetro amperímetro eou voltímetro em suas escalas DC ELTA01 04042023 38 Retificador de Onda Completa Ponte 39 Retificador de Onda Completa Ponte Topologia Clássica para Retificadores de Onda Completa Outra opção de desenho do retificador em ponte D1 D4 D3 D2 observar que nesta topologia não é utilizado transformador com derivação central 40 Diodos Polarizados Diretamente em cada semiciclo do sinal de entrada Retificador de Onda Completa Ponte 1ª opção de desenho do circuito Representação utilizada no livro Boylestad 41 Diodos Polarizados Diretamente em cada semiciclo do sinal de entrada Retificador de Onda Completa Ponte 2ª opção de desenho do circuito representação recomendada 42 Diodos Polarizados Diretamente em cada semiciclo do sinal de entrada Retificador de Onda Completa Ponte Ciclo completo de condução dos diodos na configuração em Ponte 43 Tensão sobre a carga VLt Diodos D2 D3 Lig Diodos D1 D4 Lig f 120 Hz Rede AC 127V RMS Relação de transformação 1277 Carga RL 20W Retificador de Onda Completa Ponte Neste exemplo o eixo x está com sua escala em tempo milisegundos 44 A corrente circula na carga no mesmo sentido tanto para o par D1 e D3 conduzindo quanto para o par D2 e D4 conduzindo Observar que o valor médio da tensão na carga é aproximadamente o dobro com relação ao retificador de meia onda No mesmo intervalo de tempo temse praticamente o dobro da área sob a curva A frequência do sinal sobre a carga também dobrou uma vez que o período caiu pela metade Retificador de Onda Completa Ponte D Desl 45 Tensão sobre um dos Diodos da Ponte VDt 9V 1V V V SECpico RR M Ao fechar a malha para a chave aberta que representa um dos diodos do par que está bloqueado temse uma queda de 1 V que representa um dos diodos do outro par que está conduzindo D Lig f 60 Hz 1V V D Lig D sec D V t V V Lig Desl Retificador de Onda Completa Ponte 46 Análise da máxima tensão reversa nos diodos do retificador em ponte Retificador de Onda Completa Ponte D Desl 47 Tensão sobre um dos Diodos da Ponte VDt 9V 1V V V SECpico RR M Ao fechar a malha para a chave aberta que representa um dos diodos do par que está bloqueado temse uma queda de 1 V que representa um dos diodos do outro par que está conduzindo D Lig f 60 Hz 1V V D Lig D sec D V t V V Lig Desl Retificador de Onda Completa Ponte 48 Simulação utilizando software ORCAD Retificador de Onda Completa Ponte V 1 F R E Q 60 VA MP L 10 V O F F 0 A C D 1 D 1N 4001 D 2 D 1N 4001 D 3 D 1N 4001 D 4 D 1N 4001 R 1 1k 0 0 0 V O Va c 1 Va c 2 R open 99ME G 0 49 Simulação utilizando software ORCAD Retificador de Onda Completa Ponte Sinal senoidal de entrada Vac1Vac2 e Sinal de saída VO 50 Simulação utilizando software ORCAD Retificador de Onda Completa Ponte Sinal senoidal de entrada Vac1Vac2 e Sinal de saída no diodo D1 VD1 51 Corrente nos Diodos IDt 0127 A 04A I I 04A 0 2 V 8 R V I DPICO DAV L Lpico Dpico W A corrente média através dos diodos será metade da corrente média na carga No mesmo intervalo de tempo temse metade da área D2 D3 Lig D1 D4 Lig f 60 Hz f 60 Hz Retificador de Onda Completa Ponte Exemplo de circuito com tensão igual a 8V de pico em uma carga de 20 ohms 52 f 120 Hz Retificador de Onda Completa Ponte Corrente média na carga Existem pontes retificadoras em que os quatro diodos estão embalados no mesmo invólucro O sinal indica os terminais da entrada senoidal e os sinais e indicam respectivamente a conexão em que estão os dois catodos e os dois anodos Retificador em Ponte Retificador de Onda Completa Ponte Sinal AC de entrada