ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos

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1 ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos PSI 2307 Laboratório de Eletrônica Exp.1 Retificadores Turma: ( ) SEG - T1-2 ( ) TER T3 ( ) SEX T4-5 Prof(s): Data da realização do experimento: NOTA: Bancada n o : Equipe: CÓPIA DO PROFESSOR 1 o sem. 2004

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3 1. Objetivos O experimento de Retificadores tem como principais objetivos: familiarização com de técnicas de projeto de circuitos retificadores; comparação das aproximações feitas, neste projeto, com a prática; familiarização com técnicas de medidas e com os equipamentos do laboratório. 2. Projeto (a ser realizado ANTES da aula experimental) Lembrete: Retificador senoidal de meia onda Retificador senoidal de onda completa Retificador de onda triangular de onda completa V ef Tensão Eficaz 1 = T T 0 V máx 2 V máx 2 V máx 3 2 v ( t) dt V Tensão Média DC 1 = T T 0 V máx π 2 V máx π V máx 2 v( t) dt 2.1 Deterrmine os itens solicitados, utilizando as Curvas de Schade [ANEXO 1] e considerando o pior caso (P=0) para o circuito da figura 1. Ventrada = 125Vef Transformador: Rprimário = 70Ω Rsecundário = 2Ω Ip_máx_diodo = 10A Indutor curto circuitado Capacitor 1000µF Rfio R F = 0,33Ω Pmax = 500Ω Figura 1: Retificador com filtro capacitivo. Observação importante: Adote em todos os casos Ventrada = 125V ef (e não 110V ef ), escalando proporcionalmente a tensão obtida no secundário Resistência total equivalente do secundário: R ST = Rprim_refletido_sec + Rsec + Rfio = (18/110) ,33 4,2 Ω R ST = 4,2 Ω Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-1

4 2.1.2 Valor da tensão média na saída: ωrcargac = 2.π µ = 45,24 R ST / Rcarga = 4, = 0,035 3,5% V PICOsec = Vp = 125.(18/110) 1/2 2.0,7 = 27,4V Do gráfico 2: V DC / Vp. 100% = 87% V DC 0,87 x 27,4 24,0 V V DC = 24,0 V Corrente de surto nos diodos: Isurto = Vp / R ST = 27,6 / 4,2 = 6,6 A Corrente média nos diodos: Isurto = 6,6 A I M = Icarga / 2 = (V DC / Rcarga) / 2 = (24,0. 120) / 2 = 0,1 A I M = 100 ma Valor eficaz da componente alternada de saída: Do gráfico 3: Vef / V DC. 100% = 1,4% Vef = 1,4. 24,0 0,336 V Vef = 336mV Corrente de pico repetitiva nos diodos: Do gráfico 5: Ip/IM= 8,5 Ip = 8,5 x 100m = 850 ma n.ωrcargac = 2 45,24 = 90,48 (R ST / Rcarga)/n = (4,2. 120) / 2 = 0,035 / 2 1,75% Ip = 850 ma Corrente eficaz nos diodos: Do gráfico 4: Ief/IM = 2,8 Ief = 2,8 x 0,1A 280mA Ief = 280mA Retificadores Exp. 1-2 Eletrônica Experimental

5 2.1.8 Desenhe as formas de onda da tensão de saída, da corrente nos diodos e da corrente na carga, indicando adequadamente os valores de tensão, corrente e tempo. Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-3

6 2.2 Deterrmine os itens solicitados, considerando o pior caso (P=0) para o circuito da figura 2. Figura 2: Retificador com filtro indutivo à entrada Ventrada=125Vef Transformador: Rprimário=70Ω Rsecundário=2Ω Ip_máx_diodo = 10A Indutor: L=350mH Rx = 10Ω Capacitor 1000µF Rfio=RF= 0,33Ω Pmax = 500Ω Valor eficaz da componente alternada de saída: E ca 4(E = G 2v 3π d ) 1 2 ( 4ω LC 1) Esta componente tem o dobro da freqüência da rede e é aproximadamente senoidal. Vef = Eca / 2 1/2 Vef = Valor da tensão média na saída: V DC 2 Rc = π R + R x c (E G 2v d 2 ) (E π G 2v d ) V DC = Corrente média na carga: Icarga = (V DC / Rcarga) = Valor Eficaz da Componente Alternada da Corrente na Carga: Icarga = Ief = (Vef / Rcarga) = Ief = Carga mínima (resistência de carga máxima): Rcarga MÁX = R BLEEDER = 3 ω L = 3. 2.π m = Rcarga MÁX = Retificadores Exp. 1-4 Eletrônica Experimental

7 2.2.8 Desenhe as formas de onda da tensão de saída e da corrente na carga, indicando adequadamente os valores de tensão, corrente e tempo. Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-5

8 3. Procedimento Experimental Observações importantes: Antes de conectar a alimentação (125Vef) à placa experimental, certifique-se de que o circuito a ser ensaiado esteja montado corretamente; Sempre desconectar a alimentação (125Vef) da placa experimental ao finalizar as medidas referentes a um dado circuito (uma determinada montagem). 3.1 Retificador de Meia Onda Monte o retificador de meia onda da figura 3. OBS.: Como Ventrada = 125Vef, então no secundário temos: 20,45Vef e não 18Vef Figura 3: Retificador de meia onda Conecte o osciloscópio como indicado e meça o valor médio e o valor eficaz da tensão sobre a carga Rc. (Para isso, selecione em seqüência: o botão Voltage, o canal do osciloscópio e a opção do tipo de tensão desejado, VAVG para o valor médio e VRMS para o valor eficaz). no diodo (canal X) na carga (canal Y) Vmed (V) (V AVG ) Vef (V) (V RMS ) calculado medido calculado medido Meça simultaneamente as formas de onda da tensão no diodo e na carga. Imprima as mesmas em um mesmo gráfico, através do programa PEE54600B. Identifique adequadamente e anexe a folha com o gráfico impresso ao relatório [ANEXO 2] Explique porque o terra do osciloscópio foi conectado como indicado na figura 3 (isto é, porque o terra das duas pontas teve que ser ligado num mesmo ponto?). Retificadores Exp. 1-6 Eletrônica Experimental

9 3.2 Retificador de Onda Completa Monte o retificador de onda completa em ponte da figura 4. OBS.: Como Ventrada = 125Vef, então no secundário temos: 20,45Vef e não 18Vef Figura 4: Retificador de onda completa Conecte o terminal de terra do osciloscópio no ponto "D" e imprima as formas de onda (em um mesmo gráfico) medidas sobre os diodos (pontos "B" e "C") [ANEXO 3] Meça e imprima a forma de onda sobre a carga (ponto "A"), sincronizada com a tensão nos diodos (ponto B) [ANEXO 4] Meça com o osciloscópio o valor médio e o valor eficaz da tensão sobre a carga R C. Vmed (V) (V AVG ) Vef (V) (V RMS ) calculado medido calculado medido Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-7

10 3.3 Retificador de Onda Completa com Filtro Capacitivo Meça o valor dos componentes, teste os diodos com o multímetro e em seguida monte o retificador de onda completa com filtro capacitivo da figura 5. Observações importantes: o capacitor utilizado é eletrolítico, donde a polaridade correta deve ser respeitada ao colocálo no circuito; os terminais do indutor devem ser curto-circuitados nesta montagem; o potenciômetro deve ser colocado na posição de mínimo (P 0). Ventrada = 125Vef Transformador: Rprimário = 70Ω Rsecundário = 2Ω Ip_máx_diodo = 10A Indutor curto circuitado Capacitor 1000µF Rfio R F = 0,33Ω Pmax = 500Ω Figura 5: Retificador com filtro capacitivo projetado / nominal Rprimário (Ω) 70 Rsecundário (Ω) 2 C (µf) 1000 R F (Ω) 0,33 R C (Ω) 120 Pmin (Ω) 0 Pmáx (Ω) 500 medido Com o transformador em vazio (secundário desligado) meça o valor eficaz da tensão eg(t) do secundário com o multímetro da bancada e em seguida conecte o circuito e meça a nova tensão eficaz eg(t). Com o circuito conectado meça e imprima a forma de onda no secundário [ANEXO 5]. Vef SEC (V) (V RMS ) em vazio com carga calculado medido Comente. Retificadores Exp. 1-8 Eletrônica Experimental

11 3.3.4 Meça e imprima a forma de onda sobre o resistor R F [ANEXO 6] Determine a corrente de pico nos diodos (indicando claramente como a determinou). Anote o resultado na Tabela Compare a corrente de pico determinada com a especificação de corrente máxima suportada pelos diodos utilizados na montagem. Comente Meça com o osciloscópio e imprima a forma de onda da tensão alternada na saída [ANEXO 7] Determine ou meça as tensões e correntes com o multímetro e/ou oscilóscopio conforme indicado na Tabela 1 com o osciloscópio e com o multímetro a tensão média na saída e a tensão eficaz da componente alternada na saída. Anote os resultados na Tabela Determine o fator de ondulação (f.o.) a situação de pior caso. f.o. (para Rcarga = 120Ω) = (V ef /V DC ) 100% = Tabela 1 Resultados correspondentes ao ensaio com o Retificador de Onda Completa com Filtro Capacitivo na situação de pior caso (Rcarga = 120Ω) calculado (projeto) medido c/ osciloscópio medido c/ multímetro determinado experimentalmente V DC (V) Vef (V) Icarga (ma) I M_diodos (ma) Ip (ma) f.o. (Rc=120Ω) desvio máx. (%) Comente e justifique eventuais discrepâncias nos resultados da Tabela 1. Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-9

12 Variando o potenciômetro do seu valor mínimo (P 0) ao máximo (P 500 Ω), preencha a tabela 2 com os valores medidos da corrente média na carga (Icarga), da tensão média na saída (V DC ), do valor pico a pico (Vpp) e eficaz da componente alternada da tensão de saída (Vef). Rcarga = P + 120W (W) Icarga (ma) (multímetro de mão) V DC (V) (multímetro da bancada) Vpp (V) (osciloscópio) Vef (mv) Vpp /(2 3) 120 ~ Levante a curva de regulação, isto é, a curva da tensão na saída (V DC ) pela corrente de saída (Icarga) [ANEXO 8] Determine o regulação de carga (R.C.) para a situação de pior caso (Rcarga=120Ω). R.C. (Rcarga = 120Ω)) = (V DC vazio V DC carga) / V DC vazio 100% = Comente os resultados dos itens a Retificadores Exp Eletrônica Experimental

13 3.4 Retificador de Onda Completa com Filtro Indutivo Meça os valores correspondentes do indutor (Rx e L) e em seguida monte o retificador de onda completa com filtro indutivo da figura 6. Observações importantes: o capacitor utilizado é eletrolítico, donde a polaridade correta deve ser respeitada ao colocálo no circuito; os terminais do indutor NÃO devem ser curto-circuitados nesta montagem; o potenciômetro deve ser colocado na posição de mínimo (P 0). Figura 6: Retificador com filtro indutivo à entrada Ventrada=125Vef Transformador: Rprimário=70Ω Rsecundário=2Ω Ip_máx_diodo = 10A Indutor: L=350mH Rx = 10? Capacitor 1000µF Rfio=RF= 0,33Ω Pmax = 500Ω projetado / nominal Rx (Ω) 70 L (mh) 2 medido Meça e imprima a forma de onda sobre o resistor R F [ANEXO 9] Determine a corrente de pico nos diodos (indicando claramente como a determinou). Anote o resultado na Tabela Compare a corrente de pico determinada com a especificação de corrente máxima suportada pelos diodos utilizados na montagem. Comente Meça com o osciloscópio e imprima a forma de onda da tensão alternada na saída [ANEXO 10]. Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-11

14 3.4.6 Determine ou meça as tensões e correntes com o multímetro e/ou oscilóscopio conforme indicado na Tabela 2 com o osciloscópio e com o multímetro a tensão média na saída e a tensão eficaz da componente alternada na saída. Anote os resultados na Tabela Determine o fator de ondulação (f.o.) a situação de pior caso. f.o. (para Rcarga = 120Ω) = (V ef /V DC ) 100% = Tabela 2 Resultados correspondentes ao ensaio com o Retificador de Onda Completa com Filtro Indutivo na situação de pior caso (Rcarga = 120Ω) calculado (projeto) medido c/ osciloscópio medido c/ multímetro determinado experimentalmente V DC (V) Vef (V) Icarga (ma) I M_diodos (ma) Ip (ma) f.o. (Rc=120Ω) desvio máx. (%) Comente e justifique eventuais discrepâncias nos resultados da Tabela 2. Retificadores Exp Eletrônica Experimental

15 3.4.9 Variando o potenciômetro do seu valor mínimo (P 0) ao máximo (P 500 Ω), preencha a tabela 2 com os valores medidos da corrente média na carga (Icarga), da tensão média na saída (V DC ), do valor pico a pico (Vpp) e eficaz da componente alternada da tensão de saída (Vef). Rcarga = P + 120W (W) Icarga (ma) (multímetro de mão) V DC (V) (multímetro da bancada) Vpp (V) (osciloscópio) Vef (mv) Vpp /(2 3) 120 ~ Levante a curva de regulação, isto é, a curva da tensão na saída (V DC ) pela corrente de saída (Icarga) [ANEXO 11] Determine o regulação de carga (R.C.) para a situação de pior caso (Rcarga=120Ω). R.C. (Rcarga = 120Ω) = (V DC vazio V DC carga) / V DC vazio 100% = Comente os resultados dos itens a Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-13

16 4. Conclusões Retificadores Exp Eletrônica Experimental

17 B 15 Laboratório de Eletrônica Exp. 1 Curvas de Schade ANEXO 1 CURVAS DE SCHADE Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-15

18 B 16 Laboratório de Eletrônica Exp. 1 Curvas de Schade Retificadores Exp Eletrônica Experimental

19 Curvas de Schade Exp. 1 Retificadores B 17 Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-17

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21 B 19 Laboratório de Eletrônica Exp. 1 Curvas de Schade Eletrônica Experimental Retificadores Exp. 1-19