circuitos_retificadores

5/24/2018 circuitos_retificadores

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Ivair Jos de Souza

Circuitos retificadores

Introduo

A tenso fornecida pela concessionria de energia eltrica alternada ao passo

que os dispositivos eletrnicos operam com tenso contnua. Ento necessrioretific-la e isto feito atravs dos circuitos retificadores que convertem correntealternada em corrente contnua.Temos os retificadores monofsicos que so utilizados em aparelhos eletrnicos eos retificadores polifsicos para uso em circuitos industriais de alta potncia.

Destacaremos neste curso os trs tipos de retificadores monofsicos que so:I Retificador de meia onda.II Retificador de onda completa utilizando transformador com derivao central.III Retificador em ponte (fornece onda completa na sada).

I Retificador de meia ondaO diodo tem a caracterstica de conduzir corrente somente num sentido e devido aesta caracterstica unidirecional, o mesmo utilizado para retificar.O diodo ideal com polarizao direta comporta como uma chave fechada e compolarizao reversa comporta como uma chave aberta.O diodo real tem resistncia direta muito baixa e resistncia reversa muito alta.

Funcionamento do circuito

Para o ponto A positivo em relao ao ponto B o diodo est polarizado diretamentee conduz . Com isto, a corrente circula de A at B passando pelo diodo e RL.

Para A negativo em relao a B, o diodo est polarizado inversamente e noconduz. Tem-se corrente em RL, somente, nos semiciclos positivos de entrada.Os semiciclos positivos passam para a sada e os semiciclos negativos ficam nodiodo.A freqncia de ondulao na sada igual freqncia de entrada.O retificador de meia onda tem baixa eficincia.


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Formas de onda considerando um diodo ideal

VCC = VP / ou VCC = 0,45 . Vef .VCC o valor mdio da tenso contnua em RL.VP o valor de pico da tenso sendo .Vef o valor eficaz ou rms da tenso alternada no secundrio do transformador.

IL = VCC / RL e ID = ILIL o valor mdio da corrente em RL e ID o valor mdio da corrente no diodo.IP = VP / RL sendo IP o valor de pico da corrente.

Tenso eficaz em RL = VP / 2 mas a tenso eficaz na entrada PIV = -- VP sendo PIV o pico inverso de tenso no diodo.O diodo deve suportar uma tenso inversa maior do que PIV e uma corrente diretamaior que ID.

As especificaes para o diodo 1N4007 so IF = 1A e VR max = 1000V.Este diodo suporta uma corrente direta de 1A e uma tenso reversa de 1000V.

I-1) Sendo a o valor eficaz da tenso VAB = 18 V, RL = 470, determine:

VCC = 8,1 VIL = 17,2 mA ID = 17,2 mAIP = 54 mAPIV = - 25,4 V

Invertendo o diodo, a tenso de sada ser negativa.O diodo conduz, somente, durante os semiciclos negativos.Os semiciclos positivos ficam no diodo.


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II Retificador de onda completa utilizando transformador comderivao central.

Funcionamento do circuito.

Este circuito tambm denominado de retificador de onda completa convencional.H uma defasagem de 180 entre as tenses de sada do transformador, VA e VB.As tenses VA e VB so medidas em relao ao ponto C (0V).

Quando A for positivo, B ser negativo, a corrente sai de A passa por D1 e RL echega ao ponto C.Quando A for negativo, B ser positivo, a corrente sai de B passa por D2 e RL echega ao ponto C.Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num nico sentido emRL e por isto, a corrente em RL contnua.Somente os semiciclos positivos de A e de B passam para a sada.A freqncia de ondulao na sada o dobro da freqncia de entrada.

Formas de onda considerando diodo ideal


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VCC = 2.VP / ou VCC = 0,9.Vef

VCC o valor mdio da tenso contnua em RL.VP o valor de pico da tenso .Vef o valor eficaz da tenso de entrada (Vef = VAB / 2)

IL = VCC / RL e ID = IL / 2.IL o valor mdio da corrente em RL e ID o valor mdio da corrente nos diodos.IP = VP / RL onde IP o valor de pico da corrente.Tenso eficaz de sada =Tenso eficaz de entrada = VP /O PIV nos diodos o pico negativo da tenso VAB.

II-1) Sendo a o valor eficaz da tenso VAB = 18 V, RL = 470 ohms, determine:

VCC = 8,1 VIL = 17,2 mA e ID = 8,6 mAIP = 27 mAPIV = - 25,4 V

Invertendo os dois diodos, a tenso de sada ser negativa.Os diodos D1 e D2 conduzem os semiciclos negativos de A e de B para a sada.

Se inverter somente um dos diodos tem-se uma sobrecarga que poder danificar osdiodos e o transformador.


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III Retificador em ponte

Funcionamento do circuito.

O retificador em ponte dispensa o uso do transformador com tomada central e comisto, pode-se ter um retificador de onda completa ligado diretamente rede eltrica.Quando A positivo em relao a B, a corrente sai de A passa por D1, RL, D3 e

chega ao ponto B.Quando A negativo em relao a B, a corrente sai de B passa por D2, RL, D4 echega ao ponto A..Conduzem somente dois diodos de cada vez.Quando o ponto A positivo D1 e D3 conduzem.Quando o ponto A negativo D2 e D4 conduzem.Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num nico sentido emRL e por isto, a corrente em RL contnua. Somente os semiciclos positivospassam para a sada.A freqncia de ondulao na sada o dobro da freqncia de entrada

Formas de onda considerando diodo ideal


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VCC = 2.VP / ou VCC = 0,9.VefVCC o valor mdio da tenso contnua em RL.

VP o valor de pico da tenso e .Vef o valor eficaz ou rms da tenso de entrada (VAB).

IL = VCC / RL e ID = IL / 2.IL o valor mdio da corrente em RL e ID a Corrente mdia nos diodos.O valor de pico da corrente IP = VP / RL.Tenso eficaz de sada =Tenso eficaz de entrada = VP /O PIV nos diodos o pico da tenso VAB.PIV = VAB.

Nota: Desprezou-se 1,4V de queda de tenso nos diodos.

Tem-se uma queda de 1,4 V visto que conduzem 2 diodos ao mesmo tempo.

III-1) Sendo a o valor eficaz da tenso VAB = 30 V, RL = 820 ohms, determine:

VCC = 27 VIL = 33 mA e ID = 16,5 mAIP = 51,6 mAPIV = 42,3 V

Invertendo os quatro diodos, a tenso de sada ser negativa.

Quando A positivo em relao a B, a corrente sai de A passa por D4, RL, D2 echega ao ponto B.Quando A negativo em relao a B, a corrente sai de B passa por D3, RL, D1 echega ao ponto A..Quando o ponto A for positivo D2 e D4 conduzem.Quando o ponto A for negativo D1 e D3 conduzem.


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Filtros para fontes de alimentaoA ondulao na sada do circuito retificador muito grande o que torna a tenso desada inadequada para alimentar a maioria dos circuitos eletrnicos. necessriofazer uma filtragem na tenso de sada do retificador. A filtragem nivela a forma deonda na sada do retificador tornando-a prxima de uma tenso contnua pura que a tenso da bateria ou da pilha.

A maneira mais simples de efetuar a filtragem ligar um capacitor de altacapacitncia em paralelo com a carga RL e normalmente, utiliza-se um capacitoreletroltico.A funo do capacitor reduzir a ondulao na sada do retificador e quanto maiorfor o valor deste capacitor menor ser a ondulao na sada da fonte.

Filtro a capacitor para retificador de meia onda.

No semiciclo positivo o diodo conduz e carrega o capacitor com o valor de pico(VP) da tenso. Assim que a tenso de entrada cair a zero, o diodo pra de conduzire o capacitor mantm-se carregado e descarrega lentamente em RL.

Quando a tenso de entrada fica negativa (semiciclo negativo) o diodo no conduz

e o capacitor continua descarregando lentamente em RL.O capacitor recarrega 60 vezes por segundo.O capacitor carrega de Vmin at VP e neste intervalo de tempo ( ) o diodo conduz.O capacitor descarregar de VP at Vmin e neste intervalo o diodo no conduzir.A Forma de onda na sada est mostrada abaixo.


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O voltmetro de tenso contnua indica o valor mdio da tenso medida.

Aumentando o capacitor, a tenso de ondulao (Vond) diminui e VCC aumenta.Aumentando a corrente IL, a tenso de ondulao (Vond) aumenta e VCC diminui.

Se Vond tende a zero, a tenso de sada tende ao valor de pico.VCC = VP para Vond = 0V.Desligando RL, IL ser 0A, o capacitor no descarregar e tem-se Vond = 0V .

Para manter Vond com um valor baixo, ao aumentar IL, deve-se aumentar o valor docapacitor.O retificador de meia onda com filtro a capacitor inadequado para alimentarcircuitos que exigem um valor alto de corrente, pois alm de utilizar um valor muitoalto para o capacitor, o diodo fica sobrecarregado ao conduzir toda a corrente docircuito alimentado.

O pico inverso de tenso no diodo o dobro da tenso de pico. PIV = --2VPO capacitor aumenta a tenso inversa no diodo devido a que o mesmo permanececarregado quando o diodo no estiver conduzindo.

Exerccios de fixao.

1) Sendo VAB =18Vef, C=1000 F, IL = 180 mA, retificador de meia onda, determine:

Resp: Vond = 3 V VP = 25,4 V V min = 22,4 V VCC = 23,9 V PIV = - 50,8 V

Vond = I / ( f.C ) => Vond = 180mA / (60Hz . 1000F)V ond = 180 .10-3 / (60.1000.10-6 ) = 180 .10-3 / 60.10-3Vond = 3 V

VP = 18 . 1,41 = 25,4 V

V min = VP Vond => V min = 25,4V 3VV min = 22,4 V

VCC = VP (Vond/2) => VCC = 25,4V (3 / 2) ) =>VCC = 25,4V 1,5VVCC = 23,9 V

PIV = -- 2VPPIV = -- 50,8 V


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2) Sendo VCC = 12 V, IL = 300 mA, Vond = 2 V, retific. de meia onda determine:O capacitor e o valor eficaz da tenso alternada na sada do transformador.

Resp: C = 2500 F VAB = 9,2 Vef

Soluo:Vond = i / (f . C) => C = I / (f . Vond) => C = 300mA / (60Hz . 2V)C = 300 .10-3/ (60 . 2) => C = 300 .10-3 /120 => C = 2,5 .10-3 F => C = 2500 .10-6F

C = 2500 F

VCC = VP -- (Vond / 2VP = VCC + (Vond / 2) => VP = 12V +1V = 13VVef = VP /1,41 => Vef = 13V / 1,41Vef = 9,2 V ento VAB = 9,2 VefVAB o valor eficaz ou rms da tenso alternada no secundrio do transformador.

Filtro a capacitor para retificador de onda completa

FuncionamentoA filtragem para o retificador de onda completa mais eficiente do que para oretificador de meia onda. Em onda completa o capacitor ser recarregado 120 vezespor segundo. O capacitor descarrega durante um tempo menor e com isto a suatenso permanece prxima de VP at que seja novamente recarregado.Quando a carga RL solicita uma alta corrente necessrio que o retificador seja deonda completa.

As equaes para onda completa so as mesmas utilizadas para meia onda, noentanto, a freqncia de ondulao para onda completa de 120 Hz.

VCC = VP Vond / 2VCC o valor mdio da tenso contnua na sada.

VP o valor de pico da tenso no capacitor (desconsiderou-se a queda de tensonos diodos).Vef o valor eficaz ou rms da tenso alternada na sada do transformador (VAB)


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Vond = IL / ( f . C) sendo f = 120 Hz para onda completa

Vond a tenso de ondulao ou de ripple na sada e quanto menor for Vond maisprxima de uma tenso contnua pura ser a tenso de sada.IL a corrente em RLf a freqncia de ondulao na sada e igual a 120 Hz para onda completa.C o valor do capacitor em FARADS ( 2200 F = 2200 . 10--6F)

Se Vond tende a zero, a tenso de sada tende ao valor de pico.VCC = VP para Vond = 0V .Sem RL, a corrente IL ser 0A, o capacitor no descarregar e tem-se Vond = 0V.

Exerccios de fixao.

1) Sendo IL = 1,5 A, VAB = 30 Vef, C = 2200F, determine:

Resp: Vond = 5,7 V VCC = 39,5 V

2) Sendo IL = 500 mA, VCC = 12V, Vond = 2V, determine o valor do capacitor e datenso de sada do transformador

C = 2083 F (O valor comercializado mais prximo de 2200F)

VAB = 9,2 Vef

Formas de onda para filtragem em meia onda e em onda completa.

Em onda completa a filtragem mais eficiente do que para meia onda e isto porque, no retificador de onda completa com filtro, a tenso de ondulao menor.O filtro a capacitor, em onda completa, torna a tenso de sada mais prxima deuma tenso contnua pura.


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Filtro a capacitor para retificador de onda completa

Exerccios de fixao.

1) Sendo IL = 600 mA, C = 1000 F, VAB = 18 Vef, determine:

Resp: Vond = 5 VVCC = 10,2 V

2) Sendo IL = 300 mA, VCC = 20V, Vond = 2,5 V, determine o valor do capacitor e datenso de sada do transformador.

Resp: C = 1000 FVAB = 30 Vef

Consideraes

Para os circuitos retificadores com filtro a capacitor estudados desconsiderou-se aqueda de tenso nos diodos que de aproximadamente 0,7V para diodos de Silcio.No retificador de meia onda e de onda completa convencional, o pico de tenso no

capacitor o pico de tenso de entrada menos 0,7V isto ,

-- 0,7V.Conseqentemente o valor de VCC ser 0,7V abaixo do valor calculado.

No retificador em ponte diminui-se 1,4V visto que dois diodos conduzem ao mesmotempo

-- 1,4V sendo Vp a tenso de pico no capacitor de filtro.O valor de VCC ser 1,4V abaixo do valor calculado.


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Regulador de tenso da srie 78XX e 79XXPara uma tenso de ondulao muito pequena como o que exigido pelos circuitospr-amplificadores de udio, transmissores de RF, circuitos digitais etc, deve-seutilizar um circuito regulador de tenso na sada do retificador com filtro.

Abaixo, tem-se o diagrama em blocos de uma fonte de alimentao com tenso desada regulada.

Exemplo de uma fonte regulada com uma tenso de +5V na sada.O transformador abaixa a tenso alternada de 127V (rede eltrica) para 7,5V. Osdiodos retificam esta tenso alternada de 7,5V.

A sada dos diodos uma tenso contnua pulsante. O capacitor C de 2200 F filtraesta tenso pulsante e a torna mais prxima de uma tenso contnua pura.O regulador de tenso LM7805 estabiliza a tenso de sada em 5V e com isto atenso de sada ser praticamente igual a uma tenso contnua pura de 5V.

Para uma tenso de +12V na sada, troque o LM7805 pelo LM7812 e utilize oretificador em ponte como mostrado abaixo.

As caractersticas dos reguladores de tenso 78XX so:Mxima tenso de entrada = 35 VMxima corrente de sada = 1 AMxima potncia dissipada = 15 W ==> PD = (Vent -- Vsada) . ILTenso mnima de entrada de aproximadamente 3V acima da tenso de sada.


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Fonte simtrica com tenso de sada NO-REGULADA.

Tem-se dois diodos conduzindo simultaneamente e assim que conduzem carregamC1 e C2 com a tenso de pico .Para A positivo em relao a B conduzem D1 e D3.Para A negativo em relao a B conduzem D4 e D2.C3 e C4 eliminam os rudos de RF (radiofreqncia).

Outra maneira de desenhar o circuito da fonte simtrica acima.


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Fonte simtrica com tenso de sada REGULADA.

Nos reguladores 78XX, o pino 1 a entrada e o pino 2 o comum (ligado ao terra).Nos reguladores 79XX, o pino 2 a entrada e o pino 1 o comum (ligado ao terra).O pino 3 a sada tanto para o 78XX quanto para o 79XX.

Fonte regulada e ajustvel de 1,25V a 16,5V com o LM317

O circuito integrado regulador de tenso LM317 permite ajustar a tenso de sadade 1,25V a 37V.


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Fonte regulada com uma tenso de +9V na sada,utilizando o LM7805.

Ligando-se um resistor R em srie com o pino 2 do regulador 7805 obtm-se umatenso regulada maior do que 5V.A corrente no pino 2 constante e igual a 5 mA. Vsada = 5V + VR => Vsada = 5V + 800. 5mAVsada = 5V + 4V = 9V.Para se ter Vsada = 7,5V o valor de R ser:R = (Vsada 5V) / 5mAR = ( 7,5V 5V) / 5mA => R = 2,5V / 5mA => R = 500

Para ajustar a tenso de sada acima de 5V, utilize um resistor varivel para oresistor R.A tenso mnima de entrada de aproximadamente 3V acima da tenso de sada.Vent (min) = Vsada + 3V

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