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Aula03 Indice de Aulas Aula05

Eletrônica Básica 1

Aula 04: Conversores de CA para CC

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 2 mostra uma forma de onda senoidal variando ao redor de um nivel DC (Offset). A tensão na Figura 2 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:

A Figura 2 mostra a representação gratica da tensão v(t)=8+1.sen(ω.t)

Figura 2 - Forma de onda senoidal com offset (nivel DC) - ripple

2. Retificador de meia 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 3a, no semiciclo positivo o diodo estará polarizado diretamente e, numa primeira aproximação, se comportará como uma chave fechada (modelo ideal), Figura 3b, 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.

Figura 3 - ( 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:

V_DC=V_pico/p ou considerando o modelo com bateria V_DC=(V_pico- 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:

V_RMS=V_p/2 ou considerando o modelo com bateria V_RMS=(V_p- 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 4 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 4 - 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 5 mostra o circuito e as formas de onda em um retificador de meia onda com filtro capacitivo.

Figura 5 - ( 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. Experiência: Retificador de meia onda

4.1. Abra o arquivo ExpEN1 Retificador de meia onda sem filtro 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

4.2. Escreva as suas conclusões

5. Experiência: Retificador meia onda com filtro capacitivo

5.1. Abra o arquivo ExpEN1 Retificador meia onda com filtro capacitivo 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

5.2. Meça a Ondulação (ripple ) para os diferentes valores de capacitor de filtro.

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.

5.3. Conclusões.

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