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Eletrônica Básica 1
Aula 04:  Retificador de Meia Onda
Referencias
MALVINO, Albert. Eletronica V1
ALBUQUERQUE, R.O. ; PINTO, L.  F. Eletronica Analogica. V2.  São Paulo: Fundação Pe. Anchieta
SEDRA,
A. Microeletronica

1. Conversores de CA para CC
     São circuitos que transformam uma tensão alternada, no caso mais comum senoide, em tensão continua.  A Figura 1 mostra em blocos  o conversor CA/CC.


Figura 1 - Conversor CA/CC em diagrama de blocos

Os principais blocos de um conversor de CA para CC são:

  • O transformador:  tem a finalidade de fornecer a tensão CA adequada, em geral para um valor menor;
  • O retificado:  tem a finalidade de transformar a tensão alternada em pulsante de uma unica polaridade;
  • O filtro: diminui  o ripple da tensão na saida do retificador, no caso mais simples é um filtro capacitivo, mas pode ter indutor tambem;
  • O regulador: tem por finalidade diminuir mais ainda o ripple e atraves de circuitos eletronicos com realimentação fazer a tensão constante independente de variações  na entrada.

 
Teoricamente a tensão na saída deve ser perfeitamente continua , mas na pratica existe uma ondulação ou ripple. Uma medida da eficiência desses circuitos é
 
dada pelo fator de ripple (γ) definido como sendo:



A Figura 1 mostra uma forma de onda senoidal variando ao redor de um nivel DC (Offset). A tensão na Figura 1 pode ser escrita matematicamente por:  v(t)=8+1.sen(ω.t)

Neste exemplo o valor eficaz da ondulação vale = 1/1,41=0,707 V
O valor medio vale = 8 V
logo o fator de ripple vale:





Figura 1 - Forma de onda senoidal com offset (nivel DC) - ripple

2. Retificador de eia onda
  Os circuitos eletrônicos necessitam para o seu perfeito funcionamento que sejam alimentados com tensão contínua. A tensão que é  disponibilizada pela concessionária de força e luz é alternada, desta forma será necessário converter a tensão AC em tensão DC. Os circuitos que fazem isso são chamados de retificadores que juntamente com os filtros e reguladores de tensão permitem que uma tensão alternada seja convertida em uma tensão continua.
No circuito da Figura 2a, no semiciclo positivo o diodo estará polarizado diretamente e, numa primeira aproximação, se comportará como  uma chave fechada (modelo ideal), Figura 2b,  portanto toda a tensão da fonte estará aplicada  na carga. No semiciclo negativo o diodo estará polarizado reversamente, portanto o diodo estará cortado, se comportando como uma chave aberta.

         
                        ( a )                                                                   ( b )
       
                          ( c )                                                                  ( d )

Figura 2 -   ( a ) Circuito retificador de meia onda - ( b ) Circuito equivalente no semi ciclo positivo - ( c ) Circuito equivalente no semi ciclo negativo  - ( d ) Forma de onda na carga considerando diodo ideal


Observe  que o diodo só conduz quando  a tensão de entrada é positiva (semiciclo positivo), pois  nessas condições o diodo estará polarizado diretamente. Para a forma de onda da saída   interessa saber o seu valor médio (valor contínuo - valor medido por um voltímetro para CC). Se o valor de pico da senóide (vide  curso de CA)  de entrada é Vp, o valor médio  da tensão na carga será dado por:

VDC=Vpico/p     ou  considerando o modelo com bateria  VDC=(Vpico -  0,7V)/p

Obs: A tensão média (VDC) é a tensão medida por um voltímetro CC

Para essa mesma forma de onda o seu valor eficaz (tensão medida por um voltimetro True RMS) é dada por:

VRMS =Vp/2   ou  considerando o modelo com bateria   VRMS =(Vp- 0,7V)/2

Se a amplitude da senoide for da ordem de grandeza da barreira de potencial (0,7 V) a tensão na carga não começa no mesmo instante que a tensão de entrada, alem disso as amplitudes das duas tensões serão visivelmente diferentes. A Figura 3 mostra esse efeito. Neste caso no calculo da tensão media e eficaz deve ser descontado 0,7 V no valor de pico da tensão na carga.


Figura 3 -   Formas de onda  de entrada e saída quando a entrada é da ordem de grandeza da barreira de potencial

3. Retificador de meia onda com filtro capacitivo
     A colocação de um capacitor em paralelo com a carga melhora o desempenho do circuito através da diminuição do ripple (flutuação da tensão ao redor de um valor médio) e do aumento na tensão contínua (para um mesmo valor de tensão alternada). A Figura 4  mostra o circuito e as formas de onda em um retificador de meia onda com filtro capacitivo.


( a )

( b )
Figura 4 - ( a ) Retificador de meia onda com filtro capacitivo  ( b )  Formas de onda de entrada (azul) e saida (vermelho)

Obs: Para um ripple  pequeno (V Ripple  <<<< VP ) a expressão do ripple  pode ser dada aproximadamente por:



Onde Vp é o valor de pico da tensão de entrada (praticamente igual a VCC) f é a frequencia da ondulação (60 Hz para meia onda e 120 Hz para onda completa), C é a capacitancia em F e R a resistencia de carga em Ohms. A expressão pode ser simplificada por:


Onde Icc é a corrente que a carga consome. Não esqueça, na pratica não existe RL, o que existe é um circuito que consome uma corrente ICC com uma tensão VCC.

4. Experiencia: Fator de Ripple
4.1. Abra o arquivo ExpEN1_03_Fator_de_ripple   (Arquivo Proteus)  e identifique o circuito da Figura 5. Inicie a simulação e anote a forma de onda tensão total.
4.2. Meça o valor eficaz da ondulação (ripple), Vrms,  para isso use um voltimetro em AC.
4.3. Meça o valor medio da tensão total, VDC, para isso use um voltimetro CC.
4.4. Meça o valor de pico a pico da ondulação, Vpp, para isso coloque a chave de entradado osciloscopio  em AC e mude o Volts/Div para 1.

Vrms=_________           VDC=___________            Vpp=________________

Figura 5 - Medindo o Fator de Ripple de uma tensão

4.5.  Mude o valor da ondulação de 1Vpk para  50mVpk   e repita os itens anteriores.
4.6.  Escreva as suas conclusões


5. Experiência: Retificador de meia onda
4.1. Abra o arquivo ExpEN1_04 Retificador de meia onda sem filtro   (Arquivo Proteus)    e identifique o circuito da Figura 6. Inicie a simulação e anote as formas de onda de entrada (secundario do transformador) e na carga (1 k) e os valores da tensão média (VDC) na carga e da corrente média (IDC) na carga e no diodo. Compare com os valores teóricos (calculados). Anote os valores na tabela 1.


Figura 6 - Circuito retificador meia onda para experiencia

Tabela 1 - Retificador de meia onda medindo a tensão media na carga
Valores Calculados
Valores Medidos
VDC
IDC
VDC
IDC



5.2. Escreva as suas conclusões.

6. Experiência: Retificador Meia Onda com Filtro Capacitivo
6.1. Abra o arquivo ExpEN1_05 Retificador de meia onda com filtro capacitivo  (arquivo proteus) e  identifique o  circuito da Figura 7.  Inicie a simulação  e  anote a forma de onda  na carga, medindo  o valor médio da tensão (compare com o valor sem capacitor) e  o ripple (coloque a chave de entrada em AC para medir só o ripple) para a chave nas duas posições (C1 e C2).




Figura 7 -  Retificador meia onda com filtro capacitivo - circuito para a experiência

6.2. Medindo a Ondulação (ripple ) para diferentes valores de capacitor de filtro.
Para cada valor de C meça a ondulação.
Dica: coloque a chave de entrada em AC e escolha uma escala adequada de Volts/Div

C1=20 mF
ripple (medido)=                            ripple (estimado) =
VDC (medido)=

C2=500 mF
ripple (medido)=                            ripple (estimado) =
VDC(medido)=
Lembre-se!! A expressão do ripple só é válida se o mesmo for muito menor do que o valor de pico da tensão senoidal.
6.3. Escreva as suas  conclusões.

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