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Eletrônica Básica 1
Aula  05: Retificador de Onda Completa
Referencias
MALVINO, Albert. Eletronica V1
ALBUQUERQUE, R.O. ; PINTO, L.  F. Eletronica Analogica. V2.  São Paulo: Fundação Pe. Anchieta
SEDRA,
A. Microeletronica

1. Introdução
   Os circuitos retificadores de onda completa são mais eficientes que os de meia onda pois  usam o semi ciclo negativo da tensão da rede. Existem dois tipos de retificadores de onda completa: Retificador com Center Tap e Retificador em Ponte.

1.1. Retificador de onda completa com center tap
      Para esse tipo de retificador, obrigatoriamente é preciso usar transformador com a tomada central (Tap) no secundario. No  circuito da Figura 1a, no semiciclo positivo conduz o diodo D1 e D2 está aberto. No semiciclo negativo conduz D2 e D1 corta. A Figura 1b mostra as formas de onda no secundário do transformador e na carga considerando que a tensão que alimenta o retificador é senoidal e de de valor de pico VP.



                                     ( a )                                                                                                  ( b )

Figura 1 - ( a ) Circuito do retificador de onda completa com center tap ( b ) Tensões de entrada, Ve1, Ve2 e tensão na carga VL


Se  a entrada do retificador é alimentada por uma tensão senoidal  Ve=VM.senwt então a tensão média na carga é dada por:




A tensão de pico inversa  máxima  que estará submetido cada diodo vale  2VM (VM é o  valor de pico da tensão   em cada metade do secundário). Veja  na figura 2  o diodo D2 submetido a 40 V de tensão reversa, considerando que o valor de pico da entradaé 20 V, isto é, Ve=20.sen(w.t)(V)

Figura 2 - Diodo sendo submetido a 2.VM  de tensão reversa

Dimensionamento do diodo:  PIV >  2.VM        ICC(por diodo) > IDC  /2     (IDC é a  corrente média na carga )

PIV= máxima tensão de pico inverso que pode suportar  Icc = máxima corrente média que o diodo suporta.

Funcionamento
A Figura 3a  mostra a condução no semiciclo positivo (vermelho) e a Figura 3b a condução no semiciclo negativo (Azul).  No semiciclo positivo o diodo D1 conduz e o diodo D2 corta, no   semiciclo negativo o diodo D2 conduz e o diodo D1 corta.


     
                                       ( a )                                                                                                 ( b )
Figura 3 -  ( a ) Retificador de onda completa com center tap - condução no semiciclo positivo ( b ) condução no semiciclo negativo

Observar que o sentido da corrente na carga não muda.
O fator de ripple do circuito vale 0,482 ou 48,2%.

Exercício: Dimensionar os diodo no circuito


Solução:  VM= 17 V   a máxima tensão inversa a que o diodo será submetido é 34 V.

A tensão media na carga é:

 
A corrente  media na carga:  


A corrente media por diodo:


1.2. Retificador de Onda Completa em Ponte
      Esse circuito não exige transformador com tomada  central, requerendo porem 4 diodos. A Figura 3 mostra o circuito onde Ve, a tensão de entrada, pode ser a tensão obtida em um transformador comum, não precisa ter Center Tap.
                                                                                                                                              Funcionamento

                                           ( a )                                                                                        ( b )                                                                                 ( c )
Figura  4 - Retificador de onda completa em ponte  ( a ) circuito    ( b )  semiciclo positivo  ( c ) semiciclo negativo


As formas de onda são essencialente as do circuito retificador com CT. A tensão media na carga é calculada


Se o valor de pico for muito maior que 1,4 V então a expressão fica simplificada:


Dimensionamento do diodo
:  PIV >  VM       ICC(por diodo) > IDC /2    (IDC é a  corrente média na carga )
PIV= máxima tensão de pico inverso que pode suportar  Icc = máxima corrente média que o diodo suporta.

Animação



 
Exercício: Dimensionar os diodo no circuito se Ve=50 V e R=50 Ohms


Solução

 
A tensão media na carga vale:

 
E a  corrente media na carga:   

 
A corrente media por diodo será igual a:     


 
A máxima tensão reversa por diodo é 70,5 V, portanto só podem usados os diodos 1N4002 e 1N4003.

1.3. Retificador de onda completa com filtro capacitivo
    Para efeito de analise será considerado o circuito com C.T da Figura 5a.


                                        ( a )                                                                                         ( b )
Figura 5 - ( a ) Retificador de OC com CT   ( b ) Formas de onda de entrada, V1 ,V2 e saida, Vs=Vc.

 
C se carrega quando um dos diodos (D1 ou D2) conduz durante o intervalo de tempo T2 , por exemplo se V1 é a mais positiva das duas tensões, conduz D1 e o capacitor se carrega atraves de D1, D2 está cortado.Quando  a tensão no capacitor for maxima, VM, logo em seguida V1 diminui abaixo de VM nesse instante D1 corta (abre). Observe que D2 continua cortado. A partir desse instante o capacitor começa a se descarregar atraves da resistencia RL (entre instantes T1 e T2 na Figura 5b).

Quando  V2>Vc, nesse instante D2 conduz e  C volta a se carregar até aproximadamente VM, logo em seguida V2 diminui e D2 corta. O ciclo se repete. A carga  do capacitor acontece no intervalo T2 que deve ser muito menor que T1.

 
Calculo do Ripple
A expressão é a mesma para meia onda somente que a frequencia da ondulação, f,  é o dobro (120 Hz).


Novamente! A expressão é válida se o ripple for menor ou igual a 10% do valor de pico, pois a dedução dessa expressão foi obtida considerando a linearização  das curvas de carga e descarga do capacitor.

Problema de aumentar C
Como o valor do ripple é inversamente proporcional a C, é tentador aumentar C para qualquer valor. A corrente de pico repetitiva  no diodo depende do valor do capacitor. Quanto maior o valor da capacitancia, menor é o tempo de descarga, menor o ripple, porem maior deve ser a corrente na carga no intervalo T2.
 
A Figura 6 mostra  a forma de onda no capacitor e no diodo para C=100 mF em um circuito meia onda.


Figura 6 - Problema em aumentar C - Circuito meia onda C=100 mF

O que acontece com o ripple e a corrente no diodo se C aumentar para C=200 mF? O ripple deve diminuir e a corrente no diodo? A figura 7 mostra isso.

Figura 7 - Problema em aumentar C - Circuito meia onda C=200 mF

A mesma analise podeser feita com onda completa.



                                       ( a )                                                                                          ( b )
Figura 8 -
Problema em aumentar C - Circuito meia onda ( a ) C=100
mF ( b ) C=200 mF

A conclusão é clara, quanto maior C menor é o tempo de carga maior a corrente de pico repetitiva no diodo.
 
Exercício: Calcular o ripple e a tensão  media na carga para o circuito que consome ICC=0,5 A Considerar modelo 2 com bateria de 0,7 V.

Solução: O valor de pico de entrada é Vp=VM=15.1,41=21,21V   como  a corrente é 0,5 A  C=2200mF   e a frequencia da ondulação é 120 Hz o  ripple  pode ser calculado.

Considerando a queda de tensão de 0,7 V por diodo a forma de onda na carga é:





O valor de pico na carga é: Vpico(entrada) -1,4V= 21,21V-1,4V=19,81V
O minimo valor  na saida é:  19,81V - 1,89V=17,92V
O valor medio (Vcc) da tensão na carga (linha vermelha): (19,81+17,92)/2=18,88V

2. Experiencia: Retificador de onda completa com Center Tap
2.1. Abra o arquivo  ExpEN1_06 Retificador onda completa CT       (Arquivo Proteus) e  identifique o circuito da Figura 9. 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 1. Compare com os valores teóricos (calculados). Anote os valores na tabela 1.

Figura 9 - Circuito retificador onda completa com CT para experiencia
 
                                               
                                                          Tabela 1 - Retificador de ondacompleta -  medindo a tensão media na carga                             
Valores Calculados
Valores Medidos
VDC
IDC(carga)
IDC(D1)
VDC
IDC(carga)
IDC(D1)



2.2. Escreva as suas conclusões.

3. Experiencia: Retificador de onda completa com center tap e com filtro capacitivo
3.1. Abra o arquivo ExpEN1_07 Retificador onda completa CT com filtro     (Arquivo Proteus) e  identifique o  circuito da Figura 10.  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 10 - Circuito retificador onda completa com CT e filtro  para experiencia

3.2. Medindo a Ondulação (ripple ) para diferentes valores de capacitor de filtro. Para cada valor de C meça a ondulação de pico a pico
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.
3.3.  Conclusões.

4. Experiencia: Retificador de onda completa em ponte
4.1. Abra o arquivo  ExpEN1_08 Retificador onda completa em ponte   (Arquivo Proteus) e  identifique o circuito da Figura 11. 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 1. Compare com os valores teóricos (calculados). Anote os valores na tabela 2


Figura 11 - Circuito retificador onda completa em ponte         
                                     Tabela 2 - Retificador de ondacompleta em ponte -  medindo a tensão media na carga.
Valores Calculados
Valores Medidos
VDC
IDC(carga)
IDC(D1)
VDC
IDC(carga)
IDC(D1)



4.2. Escreva as suas conclusões.
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