ELT 054 (LAB) Turmas D/D D3/D4 º. Sem 0 Aula 0 Circuitos retificadores com e sem filo capacitivo; egulador Zener; Objetivo. Simulação de tensões e correntes em circuitos retificadores Inodução O diodo é o elemento semicondutor básico da eleônica. Seu funcionamento pode ser comparado ao de uma chave dependente da polaridade da tensão aplicada ene seus terminais (Fig. ). Os terminais do diodo são chamados de anodo (região ) e catodo (a) (b) (d) (c) Fig.. Diodo semicondutor. a) símbolo; b) curva característica ignorando resistências. A tensão varia de 0,3-,, conforme a tecnologia de fabricação; c) polarização direta e circuito equivalente simplificado; d) polarização reversa e circuito equivalente (chave aberta). (região N). O diodo conduzirá quando > D aproximadamente, isto é, quando estiver diretamente polarizado acima da tensão associada à barreira de potencial da junção (Fig c). O diodo não conduzirá quando < (Fig. d). D etificadores. Uma aplicação básica de diodos é em fontes de alimentação (Fig. ). Os blocos funcionais da figura serão discutidos no texto. Há ês topologias de retificadores, que são usados para ansformar a tensão alternada no secundário do ansformador numa tensão pulsada com valor contínuo diferente de zero (Fig. 3). Esta D Fig.. Fonte de alimentação de tensão contínua (CC). Blocos funcionais
ELT 054 (LAB) Aula 0: Circuitos com diodo, retificadores, filos, regulador zener /6 (a) (b) (d) (c) (e) in Fig. 3 Topologias de circuitos retificadores (esquerda) e formas de onda de enada e na carga (direita). Os intervalos de condução dos diodos estão indicados nas formas de onda. (a,b) retificador de ½ onda; (b,c) retificador de onda completa em ponte; (c,d) retificador de onda completa usando ansformador com derivação (tap) cenal. As fontes vs representam o secundário do ansformador. (f) tensão é da forma vs msen( ft ), onde f é a freqüência. No retificador de ½ onda (Fig. 3a), a tensão média na saída do retificador é e a tensão eficaz é m msen ft dt ( ) 0 m ef [ msen( ft)] dt ef 0 () () De forma semelhante, para os retificadores de onda completa (Fig. 3c,d e Fig 3e,f), as tensões média e eficaz na carga são, respectivamente / (3) m m ef (4)
ELT 054 (LAB) Aula 0: Circuitos com diodo, retificadores, filos, regulador zener 3/6 Capacidade do ansformador. No retificador de ½ onda (Fig. 3a), a potência eficaz no secundário do ansformador é m m m ef Ief (5a) 4 or sua vez, a potência média na carga é m m (5b) Combinando as Eq 5a-b, obtém-se a capacidade do ansformador 3, 49 ( ½ onda, sem filo) (6a) indicando uma subutilização de sua potência. O aproveitamento do ansformador é melhor nos ouos retificadores, onde demonsa-se que, 75 (onda completa, tap cenal, sem filo) (6b), 3 (onda completa, ponte, sem filo) (6c) O fator de ripple ou de ondulação é definido como a relação ene as componentes alternada, e contínua das formas de onda na carga, isto é ac r 00% (7) onde está definido nas Eq.,3. A componente ac representa todos os harmônicos da forma de onda. Ela pode ser obtida expressando-se a potência eficaz total na carga em termos de e de função ac, ou seja, ef ac + ac ef (8) Utilizando-se as Eq. - (½ onda) e Eq. 3-4 (onda completa), obtém-se os fatores de ripple: r 0% ( onda, sem filo ) (9a) r 48% ( onda completa, sem filo) (9b) Suavização. ara suavizar a forma de onda pulsada, inadequada para grande parte das aplicações em eleônica, é utilizado um filo capacitivo seguido de um circuito regulador. A Fig. 4 mosa o retificador com tap cenal e filo capacitivo. O secundário do ansformador está representado por duas fontes senoidais vs msen( ft ). Expressando-se a tensão de saída por vo ± r (onde r a amplitude pico-a-pico da ondulação) e a corrente média na carga por I /, segue que a capacitância (retificação de onda completa) é I I C C (onda completa) (8a) t f onde r r e t T /( f ). ara um retificador de ½ onda, t T / f e I C (½ onda) (8b) f r
ELT 054 (LAB) Aula 0: Circuitos com diodo, retificadores, filos, regulador zener 4/6 Fig. 4 etificador de onda completa com derivação cenal e filo capacitivo. A forma de onda na Fig. 4 mosa também que o parâmeo tensão de pico reversa (I) do diodo deve ser I > m D (9) onde D 0, 7. egulação. A ondulação na tensão da carga v o observada na Fig. 4 pode ser reduzida usando-se um diodo zener como regulador. Este diodo é capaz de operar na região de ruptura (Fig. 5a) de forma conolada. Um retificador com filo capacitivo e regulador zener é mosado na Fig. 5c. ara que o zener esteja na região de abalho (Fig. 5c) com alguma margem de segurança e considerando-se também as condições de carga máxima e mínima, z pode ser determinado a partir de: c max zt 0,80 I z max 443 c max, IL min, Iz max z c min zt 0,05 I z max + I L max 444 4443 c min, IL max, Iz min onde c min e c max são as tensões mínima e máxima no capacitor; zt e I zt são valores nominais de tensão e corrente no zener. (0) Fig. 5 Diodo zener. (a) circuito de teste e (b) curva característica em polarização reversa. A variação relativa da tensão de abalho do zener pode ser desconsiderada nesta aplicação; o mesmo não ocorre com a variação da corrente de abalho. (c) etificador de onda completa em ponte, filo capacitivo e regulador com diodo zener. A fonte s representa o secundário de um ansformador.
ELT 054 (LAB) Aula 0: Circuitos com diodo, retificadores, filos, regulador zener 5/6 arte prática Simulação. Simular, no LTspice, o circuito da Fig. 3c (retificador de onda completa em ponte). Dados Use uma fonte senoidal (0pico, 60Hz), representando o secundário do ansformador; 00 Ω (resistor de carga); Diodo genérico ; Simulação com 5 ciclos. esultados (com discussões) ) Formas de onda de tensão na fonte, no diodo D e na carga. ) Com o simulador [mouse nome da onda cn + mouse/esq] preencha a tabela: Fonte (ansformador) Carga () I I I I I 3) Determine / e compare com o valor previsto pela Eq. 6. 4) Com os dados da tabela, determine a tensão AC e o fator de ripple (Eq. 7). Compare com o valor previsto pela Eq. 9. 5) Correntes no diodo: com ajuda do simulador, preencha a tabela: Tensão reversa de pico Corrente de pico repetitiva Corrente média D Simulação Incluir um filo capacitivo em paralelo com a resistência de carga no circuito da Fig. 3c. Dados C 470µF. esultados (com discussões). Formas de onda da tensão na fonte, no diodo D e na carga ;. Qual a influência do capacitor C no comportamento do circuito? 3. Com ajuda do simulador, preencha a tabela abaixo, que contém os principais parâmeos para a escolha de um diodo: Tensão de pico reversa Corrente de pico repetitiva Corrente média Corrente máxima de surto D
ELT 054 (LAB) Aula 0: Circuitos com diodo, retificadores, filos, regulador zener 6/6 Simulação 3 Simule o circuito da Fig. 5. Dados Dz N750 ( zt 4,7, I zt 0mA, I 75 z max ma ), z 330 Ω, 00Ω. esultados (com discussões) ) Formas de onda de tensão no capacitor e em. ) Qual a influência do diodo zener no comportamento do circuito? 3) Com ajuda do simulador, preencha a tabela abaixo. componente valor obs z C Eq. 8 AC r ripple %, Eq. 7 z tensão média potência média z tensão máxima c min 4) Determine a faixa de valores para z (Eq. 0). tensão mínima c max