Circuito Retificador Meia Onda

Circuito Retificador Básico

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Circuito Retificador de Meia Onda

Eng.: Roberto Bairros dos Santos.

Um empreendimento Bairros Projetos Didáticos www.bairrospd.kit.net

Este artigo descreve o conceito básico de um circuito retificador monofásico de

meia onda e faz uma revisão nos principais componentes usados em um circuito retificador como: diodo, capacitor e transformador!


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Conteúdo 1 Introdução:.............................................................................................................3 2 O Diodo: .................................................................................................................4 3 Funcionamento do diodo: .......................................................................................5 4 O transformador:....................................................................................................6 5 Exemplo de circuito com transformador:................................................................7 6 O capacitor: ............................................................................................................8 7 O Retificador de meia onda: .................................................................................10 8 Como funciona o circuito retificador de meia: ......................................................11 9 A analise do circuito retificador de meia onda: .....................................................12

9.1 O capacitor de filtro: ......................................................................................13 10 A tensão de Ripple:............................................................................................15 11 Valor da tensão contínua na saída:...................................................................16 12 Equações do circuito de meia onda:..................................................................17


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1 Introdução: O circuito da fonte de alimentação é um dos mais importantes da eletrônica,

pois, todos os equipamentos eletrônicos possuem uma fonte eletrônica que pode ser um simples pilha a uma complexa fonte chaveada, e, a maioria das fontes possui um circuito retificador.

A função da fonte alimentação é fornecer energia para o circuito eletrônico com

um nível de tensão e corrente apropriado! Na maioria das vezes este circuito retifica a tensão alternada da rede de forma que esta fique contínua, e ainda ajusta o nível da tensão para um nível de trabalho dos componentes eletrônicos. A tensão na saída de um circuito retificador é normalmente menor do que a tensão da rede de alimentação!

O componente eletrônico que executa a tarefa de retificação é o diodo e o

componente usado para ajustar os níveis de tensão é o transformador. Este artigo trata da fonte retificadora básica monofásica. Este tipo de fonte

pode ter duas configurações: meia-onda onda-completa.

A configuração de fonte de onda completa possui dois circuitos básicos:

Montagem com diodo em ponte Montagem usando transformador com tape central (Center Tape).

Antes de ver como funciona cada um dos circuitos retificadores você deverá

fazer uma revisão dos principais componentes usados em uma fonte de alimentação que são: O diodo, o transformador e o capacitor!


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2 O Diodo: O diodo é uma componente que funciona como uma válvula eletrônica

deixando o fluxo de corrente circular somente em um sentido, no sentido da seta! O diodo tem a função de retificador, isto é, vai retificar a tensão alternada da

entrada transformando-a em tensão contínua. Quando o diodo está conduzindo aparece entre os seus terminais uma tensão

entre 0,5V e 0,7 V que será designada por VD e será considerada nos nossos cálculos como sendo 0,7V!

O diagrama e a aparência do diodo são mostrados abaixo onde é salientado

como identificar os terminais do diodo que são chamados de: Catodo e Anodo. Mais detalhes sobre o diodo você poderá na apostila sobre Diodo Básico.

Figura 1: Figura mostrando um diodo e o seu símbolo.


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3 Funcionamento do diodo:

O diodo é um dispositivo que deixa a corrente circular em um sentido (o da seta do diagrama) e bloqueia o fluxo de corrente no sentido inverso, esta propriedade é chamada de propriedade retificadora do diodo.

Esta propriedade é mostrada na figura abaixo. Na figura “A” a lâmpada acende

indicando a passagem da corrente. Na figura “B” a lâmpada esta apagada indicando que corrente está cortada, corrente igual a zero.

Figura 2: Figura mostrando o funcionamento do diodo.

Quando a corrente percorre o diodo no sentido da seta você diz que o diodo

está conduzindo ou diretamente polarizado! Quando o diodo está bloqueando a passagem da corrente você diz que o diodo está cortado ou inversamente polarizado!


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4 O transformador: O transformador é um componente que trabalha com tensões alternadas, como

o nome sugere, o transformador transforma tensões e correntes, aumentando ou diminuindo estas grandezas elétricas!

O símbolo do transformador é mostrado abaixo, o lado onde é aplicada a

tensão é chamado de primário, o lado onde a carga é ligada é chamado de secundário!

Figura 3: Figura mostrando o símbolo de um transformador. A principal característica de um transformador é que ele transforma, não gera

energia, assim a energia que entra é a mesma que sai, o produto tensão x corrente é a mesma no primário e no secundário!

A relação de transformação é indicada pelas letras “1:N” onde N indica a

relação entre o número de espiras do secundário em relação ao primário. Se o número de espiras do primário for maior do que o número de espiras do secundário a relação pode ser indicada por “N:1” ou ainda com o valor de N indicado em fração decimal!

A relação entre a tensão e corrente no primário e no secundário é mostrada

abaixo:

1N

VpVs

N1

IpIs

Note que se o número de espiras do secundário aumentar a tensão também

aumenta, mas a corrente diminui de forma que o produto tensão x corrente se mantenha o mesmo! Se o número de espiras do secundário diminuir a tensão diminui, mas a corrente aumenta!


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5 Exemplo de circuito com transformador: O circuito abaixo usa um transformador para reduzir a tensão de alimentação

de 220VAC para 12 VAC. Observe que a tensão é alternada, logo as grandezas tensão e corrente são

indicadas em RMS (valor eficaz)! Veja um exemplo onde é mostrado como determinar a tensão e corrente

presente no primário e no secundário do transformador?

Solução:

0,11A9,21A

NIsIp

9,212110N

1A12Ω12V

RVsIs

12VVs

L

Observe que o N foi colocado do lado da tensão maior por conveniência. A

tensão do secundário já é indicada no próprio transformador e a corrente no primário é calculada baseada na relação de transformação N.

A tensão no secundário diminuiu, mas a corrente aumentou!


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6 O capacitor: O capacitor é um componente que armazena energia elétrica na forma de

tensão. Observe que a bateria não armazena, gera energia. No entanto a bateria pode ser carregada esta carga consiste em recompor os compostos quimicos internos de forma a recuperar o estado inicial, esta recuperação é feita a custas de energia externa. O capacitor e o indutor são os únicos elementos elétricos capazes de realmente armazenarem energia elétrica: O capacitor na forma de tensão e o indutor na forma de corrente!

O capacitor é construído com duas placas de material condutor separadas por

um isolante chamado de dielétrico. O capacitor pode ser de dois tipos, conforme a sua construção:

Eletrolítico. Eletrostático.

No capacitor eletrostático as placas são construídas de lâminas de alumínio e o

dielétrico é composto de um material isolante comum como papel, cerâmica ou plástica. Os tipos mais comuns são de plástico ou cerâmico. Nos capacitores com isolante plástico. As placas são construídas com tiras muito finas de o alumino, estas tiras são depositadas sobre o plástico. Os capacitores de cerâmica o metal é depositado sobre um material cerâmico.

A figura abaixo a forma construtiva de um capacitor de plástico e o seu

símbolo:

Figura 4: A figura abaixo mostra a construção um capacitor de eletrostático típico e o seu símbolo.


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Já o capacitor eletrolítico possui uma construção bem mais complexa onde o

dielétrico isolante é óxido de alumínio depositado sobre a placa metálica constituída de uma tira de alumínio. A tira de alumínio é submetida a um processo químico de corrosão de forma a aumentar a sua área. A segunda placa condutora é composta por um líquido bom condutor chamado eletrólito. Uma terceira lâmina lisa de alumínio é montada junto do capacitor para melhorar o contato elétrico com o eletrólito. Para que o dielétrico não escorra este é retido em uma tira de papel montado entre as lâminas de alumínio! Muita gente pensa que o papel entre as lâminas de alumino é o dielétrico , mas não é, ela serve apenas para reter o eletrólito.

A figura abaixo mostra a construção do capacitor eletrolítico!

Uma característica importante no capacitor eletrolítico é que ele é polarizado,

você não deve ligá-lo invertido! Se o capacitor eletrolítico for ligado invertido ele pode explodir, literalmente. Quando o capacitor eletrolítico explode vaza eletrólito que pode causar grande estrago ao circuito. Os capacitores modernos possuem uma válvula de escape e com isto ele não explode, mas continua vazando eletrólito! O capacitor eletrolítico possui no seu corpo uma indicação da polaridade, normalmente é indicado o pólo negativo, ou ainda pelo comprimento dos terminais; o terminal positivo é o mais comprido como mostra a figura abaixo!

Você também deve observar a tensão e trabalho indicada no corpo do capacitor

eletrolítico, você deve ligar o capacitor somente em circuitos com tensão inferior a tensão de trabalho!

O símbolo do capacitor eletrolítico é mostrado abaixo onde o pólo positivo fica

bem claro! O símbolo “A” é a forma atual de desenhar o eletrolítico e o símbolo “B” é a forma antiga.


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7 O Retificador de meia onda: O circuito retificador de meia onda é o mais simples e barato e o diagrama é mostrado abaixo:

Figura 5: Circuito retificador de meia onda. Neste circuito a tensão de entrada alternada V1 é aplicada no primário do transformador. O transformador serve para ajustar a tensão de saída do retificador ao nível desejado. O secundário do transformador é ligado ao circuito retificador propriamente dito que é composto pelo diodo D1e capacitor C1.

A resistência RL é chamada de resistência de carga (Load em inglês) e irá representar o circuito que a fonte irá alimentar, pode ser desde um rádio até o circuito de navegação de uma nave espacial!


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8 Como funciona o circuito retificador de meia: No primeiro momento vamos analisar o circuito sem o capacitor C1 e vamos estabelecer dois pontos de medição “A” e “B”! Circuito mostrado abaixo.

A tensão no secundário do transformador Vs aparece entre o ponto de medição “A” e o terra, esta tensão está sempre alternando a polaridade e possui uma forma senoidal. Se você medir com um osciloscópio no ponto “A” encontrará uma forma de onda como na figura abaixo!

Figura 6: Tensão no ponto “A” Medindo no ponto “B” você encontrará a forma de onda desenhada na figura abaixo!

Figura 7: Tensão no ponto “B” Note que a tensão no secundário tem somente metade da onda, por isto este circuito é chamado de meia onda. Somente o semi-ciclo positivo aparece sobre a resistência de carga, esta já não é mais uma tensão alternada, mas não é uma tensão apropriada para a maioria dos circuitos eletrônicos. Este tipo de tensão é descrito como tensão contínua pulsante!


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9 A analise do circuito retificador de meia onda: No secundário do transformador no ponto “A” a tensão aparece com polaridade positiva na primeira metade do ciclo e negativa na segunda metade. Para você entender como funciona, você deverá analisar o circuito para cada um dos casos. Análise na metade positiva do ciclo: Neste caso o secundário do transformador se comporta como uma fonte com o positivo ligado ao ponto “A” e o negativo ao terra, como mostra a figura abaixo!

Figura 8: Semi-ciclo positivo. Note que a corrente segue no sentido da condução do diodo, logo, o diodo se comporta como uma chave fechada e o semi-ciclo positivo aparece sobre a resistência de carga RL. Análise da metade negativa do ciclo: Neste caso o ponto “A” aparece com a polaridade negativa e a linha tracejada indica que o diodo não está conduzindo, logo, não aparece tensão sobre a carga RL!

Figura 9: Semi-ciclo negativo

Durante o semi-ciclo negativo o diodo está cortado e a fonte não está fornecendo energia para a carga!


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9.1 O capacitor de filtro: Um circuito eletrônico requer uma tensão contínua bem comportada, assim, é necessário retificar a tensão de saída pulsante para transformá-la em tensão contínua ou mais próximo possível de uma forma contínua, para isto é usado o capacitor eletrolítico! O capacitor colocado em paralelo com carga tem a função de fornecer energia no semi-ciclo negativo, quando o diodo está cortado e a fonte de alimentação não está fornecendo energia para a carga! Durante o semi-ciclo positivo o capacitor é carregado uma vez que o diodo está conduzindo, durante o semi-ciclo negativo a energia armazenada no capacitor é transferida para a carga e é o capacitor quem fornece energia a resistência de carga! Se você colocasse um osciloscópio na saída (ponto “B”) do circuito retificador de meia-onda com capacitor, você veria a figura mostrada abaixo. No ponto “A” a figura não muda, observe a reta na tela do osciloscópio indicando uma tensão contínua!

A figura abaixo mostra o processo de carga no semi-ciclo positivo da onda!

Figura 10: Carga do capacitor de filtro:


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Note que a tensão de carga máxima do capacitor tem o valor da tensão de pico

da entrada, esta será a tensão do capacitor carregado! A figura abaixo é mostrado o semi-ciclo negativo, neste caso o capacitor

alimenta a carga!

Figura 11: Semi-ciclo negativo


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10 A tensão de Ripple: A tensão presente na carga com o capacitor de filtro não é uma tensão contínua perfeita. Durante a descarga do capacitor perde energia acumulada durante a carga e a tensão diminui de forma exponencial, como resultado a tensão presente na saída terá uma forma de onda ondulada sobreposta à tensão contínua.

A ondulação na crista da tensão contínua é chamada de tensão de ripple e é um fator de qualidade da fonte. Quanto menor for a tensão de ripple, tanto melhor será a fonte.

A tensão de ripple é medida na forma percentual relacionando o valor de

variação da ondulação em relação a tensão contínua presente na saída, por exemplo, para uma fonte de 12 VCC na saída um ripple de 10% é tolerado e um ripple de 1% é excelente!

Se no circuito anterior a resistência de carga fosse alterada para 20 Ohm você

veria na tela do osciloscópio a forma de onda abaixo!

Figura 12: Osciloscópio mostrando a tensão de ripple. Para diminuir a tensão de ripple você pode aumentar o valor do capacitor de

filtro aumentando a energia armazenada durante o semi-ciclo positivo! Aumentar o capacitor significa maiores correntes no semi-ciclo positivo, pois a fonte além de alimentar a carga ainda tem que fornecer energia para o capacitor, em alguns casos esta corrente pode alcançar um valor muito alto a pode queimar o fusível de entrada na primeira carga do capacitor!

Quando você diminui a resistência de carga a corrente de saída aumenta, você

pode dizer que a “carga” aumentou. Em eletrônica aumentar a carga significa diminuir a resistência de carga!


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11 Valor da tensão contínua na saída: A tensão contínua na saída terá o valor da tensão no capacitor, sem levar em conta o ripple. A tensão de saída será igual ao valor de pico da tensão de entrada! Observe que a tensão de pico do secundário do transformador é maior do que a tensão RMS, assim, parece que a tensão na saída da fonte aumentou. Na verdade é só uma questão de unidade, a tensão AC é descrita na forma de tensão eficaz (RMS) que é menor que a tensão de pico, e a tensão de carga do capacitor é a tensão de pico expressa na forma de tensão contínua. A relação entre a tensão RMS e tensão de pico é mostrada abaixo. Notar que a tensão de pico é aproximadamente 40% maior do que a tensão RMS!

1,414 x V2 x VVp RMSRMS Um erro comum é comprar o transformador com a tensão de secundário igual ao valor da tensão contínua desejada na saída da fonte, você não pode cometer este erro, pois agora você sabe que a tensão na saída é maior do que a tensão especificada no transformador. Por exemplo: Para uma fonte CC de 24VCC na saída o transformador deverá ter a tensão de secundário de 17VAC!


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12 Equações do circuito de meia onda: Para especificar o diodo o que importa são as correntes e tensões presentes no circuito durante a condução do diodo sem o capacitor. O diodo deverá ser dimensionado para suportar a corrente máxima da carga e ainda a corrente de carga do capacitor! Outra grandeza importante é a tensão reversa que o diodo vai estar submetido, neste caso será a tensão entre o anodo e o catodo quando o diodo não está conduzindo. No circuito de meia onda a tensão reversa é igual ao dobro tensão no secundário Vs! Equações no circuito de meia onda:


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Equações:

2I

I

2V

V

πI

I

πVV

MAXRMS

RMS

MAXD

MAXL

MAX

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