Circuitos retificadores com diodos

Transcrição

1 Circuitos retificadores com diodos Introdução Dentre as principais aplicações do diodo, esta a retificação, ou seja, converter um sinal alternado em continuo, isto se faz necessário porque as maiorias dos equipamentos eletrônicos necessitam de alimentação contínua. Retificador de meia onda Durante o semiciclo positivo da tensão no secundário do transformador o diodo está diretamente polarizado e todas as tensões instantâneas acima da barreira de potencial chegam a carga R. No semiciclo negativo o diodo estará reversamente polarizado e portanto não conduz. Veja na figura abaixo o retificador de meia onda e a representação do sinal entregue a carga. Analisando o circuito: Tensão RMS da rede: 127VAC/60Hz Relação de espiras: 10:1 Tensão limiar do diodo: 0,7V Resistor de carga: 10Ω Calculando a tensão eficaz no secundário do transformador (V2). V2 V1 = N2 N1 V2 127V = 1 10 V2 = 12,7V Calculando a tensão de pico no secundário (VP). VP = Vrms. 2 VP = 12,7V. 2 VP = 17,96V Calculando a tensão de pico inversa (PIV) Durante todo o semiciclo não haverá tensão na carga, ficando toda a tensão fica sobre o diodo. As folhas de dados especificam valores máximos para essa tensão, assim o valor de pico inverso do diodo não deve ser maior que o especificado. PIV = VP PIV = 17,96 V Isso significa que, a tensão de pico inversa (PIV) do diodo escolhido deve ser maior que 17,96V. Calculando a tensão de pico na carga (VP carga). VP(carga) = VP VD VP(carga) = 17,96V 0,7V VP(carga) = 17,26V Autor: Clodoaldo Silva Circuitos retificadores Versão: 21Abr

2 Calculando o período de ondulação na carga. Nos retificadores de meia onda a freqüência de saída é a mesma da entrada, isso quer dizer que o período também será igual. Uma vez conhecendo a freqüência de entrada podemos calcular o período. T = 1 f T = 1 60Hz T = 16,67ms Calculando a tensão DC na carga (VDC). A tensão média também é chamada de tensão DC porque é este valor que indicaria um voltímetro ligado à carga. VDC = VP(carga) π VDC = 17,26V π VDC = 5,5V Calculando a corrente continua, no diodo e na carga (IDC). A carga esta em série com o diodo portanto a corrente da carga será igual a corrente do diodo. IDC = VDC R IDC = 5,5V 10Ω IDC = 550m A Assim a corrente direta máxima do diodo escolhido deve ser maior que 0,55A Calculando a corrente no primário do transformador (I1). Para dimensionar o fusível necessitamos da corrente que circula pelo primário do transformador. I1 I2 = N2 N1 I1 0,55A = 1 10 I1 = 55mA Dimensionando o fusível (IF) IF = 55mA + 20% IF = 66mA. O acréscimo de 20% é devido a perdas no transformador e possíveis oscilações da rede, que não foram levadas em consideração. A finalidade do fusível é proteger o circuito contra curto circuito. Autor: Clodoaldo Silva Circuitos retificadores Versão: 21Abr

3 Retificador de onda completa (ponte retificadora) O retificador de meia onda é pouco eficiente e de elevada ondulação, pois a metade do ciclo não é aproveitada. Uma das maneiras de aproveitar os dois semiciclos do sinal de entrada é através de uma ponte retificadora. Para facilitar o entendimento analisaremos o circuito em três etapas. Primeira etapa O semiciclo positivo Segunda etapa O semiciclo negativo Autor: Clodoaldo Silva Circuitos retificadores Versão: 21Abr

4 Terceira etapa A corrente entregue à carga. Para verificar a vantagem entre um retificador em ponte e um retificador de meia onda, vamos repetir a analise com os mesmos dados. Tensão RMS da rede: 127VAC/60Hz Relação de espiras: 10:1 Tensão limiar do diodo: 0,7V Resistor de carga: 10Ω Calculando a tensão eficaz no secundário do transformador (V2). V2 V1 = N2 N1 V2 127V = 1 10 V2 = 12,7V Calculando a tensão de pico no secundário (VP). VP = Vrms. 2 VP = 12,7V. 2 VP = 17,96V Calculando a tensão de pico inversa (PIV) PIV = VP PIV = 17,96 V Calculando a tensão de pico na carga (VP carga). Lembre-se que agora a corrente passará por dois diodos, assim haverá duas quedas de 0,7 V, totalizando 1,4 V. VP(carga) = VP 2VD VP(carga) = 17,96V 1,4V VP(carga) = 16,56V Autor: Clodoaldo Silva Circuitos retificadores Versão: 21Abr

5 Calculando o período de ondulação na carga. Nos retificadores de onda completa freqüência de saída será o dobro da freqüência de entrada, isso quer dizer que o período será metade. Uma vez conhecendo a freqüência de entrada podemos calcular o período. T = 1 f T = 1 120Hz T = 8,33ms Calculando a tensão DC na carga (VDC). Usando um voltímetro chegaremos a tensão média ou tensão DC na carga. VDC = 2VP(carga) π VDC = 2.17,26V π VDC = 11V Calculando a corrente DC na carga e no diodo (IDC). IDC(carga) = VDC R IDC(carga) = 11V 10Ω IDC(carga) = 1,1 A Somente metade do ciclo da corrente é conduzida pelos diodos, isso implica que somente metade da corrente drenada pela carga passa pelos diodos. IDC(diodo) = IDC 2 IDC(diodo) = 1,1A 2 IDC(diodo) = 0,55 A Calculando a corrente no primário do transformador (I1). Para dimensionar o fusível necessitamos da corrente que circula pelo primário do transformador. I1 I2 = N2 N1 I1 1,1A = 1 10 I1 = 110mA Dimensionando o fusível (IF) Usando o mesmo critério para o dimensionamento do fusível teremos: IF = 110mA + 20% IF = 132mA. Autor: Clodoaldo Silva Circuitos retificadores Versão: 21Abr

6 Retificador de onda completa (com TAP central) Também é possível aproveitar o semiciclo negativo da tensão da rede, usando somente dois diodos, o problema é que necessitamos de um transformador com tomada central. Os transformadores com tomada central (center TAP), possuem o enrolamento do secundário dividido em duas partes, onde a queda das tensões com relação à tomada que une os enrolamentos define os tipos de transformadores, por exemplo 12V + 12V, ou seja 24V no total. Veja ilustração ao lado. O retificador de com tomada central Para facilitar o entendimento também analisaremos o circuito em três etapas. Primeira etapa O semiciclo positivo em A com relação à CT Segunda etapa O semiciclo positivo em B com relação à CT. Autor: Clodoaldo Silva Circuitos retificadores Versão: 21Abr

7 Terceira etapa A tensão na carga R Analisando o circuito: Tensão RMS da rede: 127VAC/60Hz Transformador 12V + 12V Tensão limiar do diodo: 0,7V Resistor de carga: 10Ω Calculando a tensão de pico no secundário (VP). VP = Vrms. 2 VP = 12V. 2 VP = 16,97V Calculando a tensão de pico inversa (PIV) PIV = VP PIV = 16,96 V Calculando a tensão de pico na carga (VP carga). VP(carga) = VP VD VP(carga) = 16,97V 0,7V VP(carga) = 16,27V Calculando o período de ondulação na carga. T = 1 f T = 1 120Hz T = 8,33ms Calculando a tensão DC na carga (VDC). VDC = 2.VP(carga) π VDC = 2.16,27V π VDC = 10,36V Calculando a corrente DC no diodo e na carga (IDC). IDC(carga) = VDC R IDC(carga) = 10,36V 10Ω IDC(carga) = 1,04A IDC(diodo) = IDC 2 IDC(diodo) = 1,04A 2 IDC(diodo) = 0,52 A Autor: Clodoaldo Silva Circuitos retificadores Versão: 21Abr

8 Calculando a corrente no primário do transformador (I1). V1 V2 = I2 I1 127V 12V = 1,04A I1 I1 = 98,27mA Dimensionando o fusível (IF) IF = 98,27mA + 20% IF = 117,92mA. Referência bibliográfica: "Entre dois males, escolha sempre o que você ainda não experimentou." Autor Desconhecido Malvino, A.P. Eletrônica - volume I. São Paulo: McGraw Hill, Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro: Prentice- Hall, Autor: Clodoaldo Silva Circuitos retificadores Versão: 21Abr