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Aula04 Indice de Aulas Aula06
Figura 1 - ( a ) Circuito do retificador de onda completa com center tap ( b ) Tensões de entrada, Ve1, Ve2 e tensão na carga VL
Eletrônica Básica 1
Aula 05: Retificador de Onda Completa
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, ou Center Tap (CT). 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 VM.
Para esse tipo de retificador, obrigatoriamente é preciso usar transformador com a tomada central (Tap) no secundario, ou Center Tap (CT). 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 VM.
Obs: As vezes tensão de pico é representdo por Vp.
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.sen(w.t) 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). Na Figura 2 o diodo D2 é submetido a 40 V de tensão reversa, considerando que o valor de pico da entrada é 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) > ICC /2 (ICC 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.
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 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 4 mostra o circuito onde Ve, a tensão de entrada, pode ser a tensão obtida em um transformador comum, não precisa ter Center Tap.
( a ) ( b ) ( c )
Figura 4 - Retificador de onda completa em ponte ( a ) circuito ( b ) semiciclo positivo ( c ) semiciclo negativo
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 (VM) for muito maior que 1,4 V então a expressão fica simplificada:
Dimensionamento do diodo: PIV > VM ICC(por diodo) > ICC /2 (ICC é a corrente média na carga )
PIV= máxima tensão de pico inverso que pode suportar Icc = máxima corrente média que o diodo suporta.
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.
Não entendeu esse circuito?Veja essa animação!
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.
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 corrente 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 pode ser feita com onda completa.
( a ) ( b )
Figura 8 - Problema em aumentar C - Circuito meia onda ( a ) C=100 mF ( b ) C=200 mF
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 resolvido
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=2200 mF e a frequencia da ondulação é 120 Hz o ripple pode ser calculado.
Considerando a queda de tensão de 0,7 V por diodo então a forma de onda na carga é:
2. Experiencia: Retificador de onda completa com Center Tap
2.1. Abra o arquivo ExpEN1 Retificador onda completa CT 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 | ||||
VCC | ICC(carga) | ICC(D1) | VCC | ICC(carga) | ICC(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 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.
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 Retificador onda completa em ponte 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 para experiencia
Tabela 2 - Retificador de ondacompleta em ponte - medindo a tensão media na carga.
Valores Calculados | Valores Medidos | ||||
VCC | ICC(carga) | ICC(D1) | VCC | ICC(carga) | ICC(D1) |
4.2. Escreva as suas conclusões.
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