Lista - Circuitos Retificadores

1 Circuitos Retificadores Prof. Marcos Antônio Severo Mendes 1. Introdução Os circuitos retificadores estão presentes em todas as fontes de alimentação c.c. dos equipamentos eletrônicos. A figura abaixo mostra o diagrama básico de uma fonte alimentação linear de tensão contínua regulada. A fonte é constituída por um transformador abaixador de tensão, retificador a diodos, filtro a capacitor e um regulador de tensão. Figura 1 - Diagrama em blocos de uma fonte de alimentação c.c. 2. Parâmetros de Diodos Retificadores Procure na internet o "Data Sheet" dos dispositivos da família 1N400X (1N4001 a 1N4007) e encontre os seguintes parâmetros para o diodo 1N4001: Tabela 1 - Parâmetros do Diodo Retificador ítem Parâmetro Valor 1 Tensão reversa máxima 2 Corrente direta média máxima 3 Corrente direta de pico repetitivo 4 Corrente direta de pico não-repetitivo 5 Tensão direta 6 Corrente reversa 7 Resistência térmica de junção para ambiente (𝑅𝜃𝐽𝐴) 8 Temperatura de junção máxima (Tj max) 9 Tipo de encapsulamento (Package) 2 3. Circuitos Retificadores 3.1. Retificador de meia onda Considere um transformador com as seguintes especificações: primário: 127 + 127V, secundário: 14 + 14V, potência: 15 VA e frequência: 60 Hz. Transformadores são especificados pelos valores eficazes (rms). Todos os retificadores estudados a seguir utilizarão este transformador. a) No circuito de um retificador de meia-onda, mostrado na figura 2, a tensão de entrada (vS) é a tensão no secundário do transformador citado. O retificador deve fornecer uma corrente média à carga igual a 0,5A. Calcule: 1. A resistência de carga para esta condição. 2. A corrente de pico e corrente média no diodo. 3. A tensão de pico reversa no diodo. 4. A corrente eficaz na fonte e potência media (Vs_rms X Is_rms [VA]) fornecida pela fonte. 5. A potência média [W] absorvida pela carga resistiva. 6. A temperatura de junção do diodo considerando uma temperatura ambiente de 25oC. Para isto, utilize a potência média dissipada no diodo e a resistência térmica de junção para ambiente. Considere para o cálculo da potência dissipada no diodo a tensão media VDo = 0,7V e a corrente media no diodo calculado no item 2 acima (VDo X ID_medio [W]). 7. Comente e compare os dados calculados com os fornecidos pelo datasheet do diodo e as especificações da fonte (os valores calculados estão dentro dos limites fornecidos?). Figura 2 - Circuito retificador de meia onda b) Simule o circuito no LTspice IV (ou outro de preferência) 1. Em um mesmo gráfico plote as formas de onda da tensão de entrada e tensão na carga. Meça o valor o médio, o valor rms e o valor de pico das variáveis plotadas utilizando o software de simulação. Comente os resultados e compare com os valores calculados/esperados. 2. Em um mesmo gráfico plote as formas de onda da tensão de entrada e tensão nos terminais do diodo. Meça o valor de pico das variáveis plotadas utilizando o software de simulação. Comente os resultados e compare com os valores calculados/esperados. 3. Em um mesmo gráfico plote as formas de onda da tensão na carga, corrente na carga, corrente no diodo e corrente na fonte. Meça o valor médio, valor rms e o valor de pico das variáveis plotadas utilizando o software de simulação. Comente os resultados e compare com os valores calculados/esperados. 4. Em um mesmo gráfico plote as formas de onda da potência na carga, potência no diodo e potência na fonte. Meça o valor médio da potência nestes 3 componentes utilizando o software de simulação. Comente os resultados e compare com os valores calculados/esperados. As potências calculadas pelo LTspice são todas em W, no caso especifico da fonte justifica a diferença entre o valor calculado no item a.4. c) Projete um filtro a capacitor para obter um ripple igual a 4V pico a pico na carga. O retificador deve fornecer uma corrente média à carga igual a 0,5A. Calcule: 1. A resistência de carga para esta condição. 2. A corrente de pico e corrente média no diodo. 3. A tensão de pico reversa no diodo. 4. A corrente eficaz na fonte e potência media (Vs_rms X Is_rms [VA]) fornecida pela fonte. 5. A potência média [W] absorvida pela carga resistiva. 6. A temperatura de junção do diodo considerando uma temperatura ambiente de 25oC. Para isto, utilize a potência média dissipada no diodo e a resistência térmica de junção para ambiente. Considere para o cálculo da potência dissipada no diodo a tensão media VDo = 0,7V e a corrente media no diodo calculado no item 2 acima (VDo X ID_medio [W]). 7. Comente e compare os dados calculados com os fornecidos pelo datasheet do diodo e as especificações da fonte (os valores calculados estão dentro dos limites fornecidos?). Figura 3 - Circuito retificador de meia onda com filtro a capacitor d) Simule o circuito no LTspice IV (ou outro de preferência) 1. Em um mesmo gráfico plote as formas de onda da tensão de entrada e tensão na carga. Meça o valor o médio, o valor rms e o valor de pico das variáveis plotadas utilizando o software de simulação. Comente os resultados e compare com os valores calculados/esperados. 2. Em um mesmo gráfico plote as formas de onda da tensão de entrada e tensão nos terminais do diodo. Meça o valor de pico das variáveis plotadas utilizando o software de simulação. Comente os resultados e compare com os valores calculados/esperados. 3. Em um mesmo gráfico plote as formas de onda da tensão na carga, corrente na carga, corrente no diodo e corrente na fonte. Meça o valor médio, valor rms e o valor de pico das variáveis plotadas utilizando o software de simulação. Comente os resultados e compare com os valores calculados/esperados. 4. Em um mesmo gráfico plote as formas de onda da potência na carga, potência no diodo e potência na fonte. Meça o valor médio da potência nestes componentes utilizando o software de simulação. Comente os resultados e compare com os valores calculados/esperados. As potências calculadas pelo 4 LTspice são todas em W, no caso especifico da fonte justifica a diferença entre o valor calculado no item a.4. 3.2. Retificador de onda completa e tap central a) No circuito do retificador de onda completa com tap central, mostrado na figura 4, a tensão de entrada (vS) é a tensão no secundário do transformador citado. Repita o item 3.1 considerando o retificador de tap central. Figura 4 - Circuito retificador de onda completa com tap central 3.3. Retificador de onda completa em ponte a) No circuito do retificador de onda completa em ponte, mostrado na figura 5, a tensão de entrada (vS) é a tensão no secundário do transformador citado. Repita o item 3.1 considerando o retificador em ponte. Figura 5 - Circuito retificador de onda completa em ponte