Relatório 2 - Retificadores a Diodo

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
ENGENHARIA ELÉTRICA – CAMPUS SOBRAL
ELETRÔNICA ANALÓGICA
PROFESSOR: ISAAC MACHADO
RELATÓRIO 2
RETIFICADORES A DIODO
CAIO PAIVA TIMBÓ – 392593
CARLOS YAN LEITE SILVEIRA – 403038
WALLAS SOUZA PARENTE – 388397
 
SOBRAL
2021
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO	3
1.1	Aplicação de Diodos como Retificadores	3
1.2	Retificador de Meia Onda	4
1.3	Retificador de Onda Completa	5
2.	OBJETIVOS	6
3.	SIMULAÇÃO	7
4.	QUESTIONÁRIO	10
5.	CONCLUSÃO	12
6.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	13
INTRODUÇÃO
Os diodos são dispositivos que permitem a passagem de corrente elétrica em uma única direção, idealmente ele se comporta como um curto circuito ou um circuito aberto e possuem dois terminais chamados de catodo (positivo) e anodo (negativo). Uma das aplicações mais importantes do diodo é no projeto de circuitos retificadores, que convertem tensão alternada em tensão contínua. Um diodo retificador forma um bloco elementar essencial de uma fonte CC exigida para alimentar um equipamento eletrônico, possui fácil entendimento de funcionamento incluindo circuitos que operam com correntes elevadas. A Figura 1 abaixo mostra um circuito retificador.
 Figura 1 - Representação do Circuito Retificador
Fonte: Sedra Smith 5ª ed.
Os diodos são analisados segundo sua capacidade de ajustar o valor da tensão da saída e podem ser classificados de acordo com o número de fases da tensão alternada de entrada (monofásico, trifásico, etc.), e em função do tipo de conexão dos elementos retificadores (meia ponte x ponte completa).
Aplicação de Diodos como Retificadores
Quando se deseja obter uma tensão CC proveniente de uma tensão CA é que nota-se o quão importante é o diodo no que se diz respeito a implementação e projeção de circuitos, este denomina–se circuitos retificadores. 
Figura 2: Diagrama de Blocos de uma Fonte CC.
Fonte: Sedra Smith 5ed.
A figura 2 acima mostra a representação em formato de diagrama de blocos de uma fonte cc. O primeiro bloco é um transformador que é utilizado por ter a capacidade de entregar uma tensão CA com uma amplitude dita apropriada para a fonte a qual é denominada Vs (fonte de alimentação). A função do diodo no diagrama de blocos é converter a senóide, onde está será o sinal de entrada que denominamos de Vs em uma saída unipolar, ou seja, onde será um sinal positivo ou negativo, em que a tensão na saída apresente um valor médio não nulo, por isso é preciso de um filtro para que se tenha a possibilidade de eliminar de forma considerável na saída.
Retificador de Meia Onda
O retificador de meia onda consiste em um circuito para remover metade de um sinal AC (corrente alternada) de entrada e transformando-o em um sinal CC (corrente contínua). É constituído basicamente de um transformador, um diodo e uma carga. A figura 3 a seguir mostra respectivamente o circuito ideal e o circuito real que executa a retificação de meia onda.
Figura 3: Retificador de Meia Onda e Circuito Equivalente
Fonte: Sedra Smith 5ed.
O retificador entra em funcionamento apenas quando a tensão de entrada ultrapassa a tensão do diodo (VD), que até esse momento não conduzirá corrente, funcionando como uma chave aberta. Ao passar pelo diodo, a tensão de entrada sofre uma queda em seu valor, que varia de acordo com seu material. Para que o diodo utilizado no circuito opere corretamente, deve-se considerar a corrente máxima que o componente pode conduzir e a tensão de pico reversa (PIV) que ele pode suportar, sem atingir a região de ruptura, sendo esta determinada pelo maior valor de tensão, proveniente do próprio circuito, que possa passar no diodo.
Retificador de Onda Completa
Diferente do retificador de meia onda, o retificador de onda completa realiza a conversão do ciclo completo da onda, ou seja, o retificador de onda completa é um circuito que transforma a corrente alternada (AC) em corrente contínua (DC), convertendo as duas polaridades em corrente alternada num sinal elétrico em corrente continua, embora com oscilações. Uma das formas de construção é usando um transformador elétrico ou outro gerador de corrente alternada e dois diodos.
O sistema mais conhecido e mais utilizado é o de retificador em ponte, o qual faz a utilização de quatro diodos e um transformador com enrolamento secundário e com tap central. Tem-se também duas tensões iguais a Vs em cada metade dos enrolamentos secundários com as polaridades indicadas, visto que o enrolamento secundário é dividido em duas partes. A figura 4 abaixo mostra um circuito retificador de onda completa com tap central.
Figura 4 - Circuito Retificador de Onda Completa com Tap Central
Fonte: Sedra Smith 5ed.
Essa configuração se difere do retificador de meia onda pelo fato que este utiliza apenas um diodo. Num retificador de meia onda o semiciclo negativo tem sua passagem da corrente interrompida devido ao diodo (que só permite a passagem de corrente em um sentido). Com a ponte retificadora, os dois semiciclos (positivo e negativo) conseguem ter a passagem de corrente por conta do modo de ligação dos diodos utilizados, o que causa um rebatimento na parte negativa da senoide, mas a corrente ainda não está totalmente retificada.
OBJETIVOS
· Conhecer o funcionamento dos diodos;
· Montar as topografias de retificadores (meia onda e onda completa);
· Comparar as topografias experimentais.
SIMULAÇÃO
Parte A – Retificador de meia onda com transformador.
A figura 5 abaixo mostra o circuito retificador de meia onda com transformador e alguns elementos de medição no software de simulação.
Figura 5: Circuito montado no simulador Psim
Fonte: próprios autores
	As formas de onda são registradas conforme a figura 6 abaixo.
Figura 6: Formas de onda da tensão e corrente.
Fonte: próprios autores
A Tabela 1 abaixo mostra os valores médios, eficazes e de pico do circuito.
Tabela 1: valores médios, eficazes e de pico do circuito
	
	Vin
	Vout
	Iin
	Iout
	Pico a pico
	311
	17,1
	
	
	Valor eficaz
	
	12,09
	
	
	Valor médio
	
	
	
	
Fonte: próprios autores
Parte B – Retificador de onda completa com transformador de TAP central.
A figura 7 mostra o circuito retificador de onda completa com transformador de TAP central.
Figura 7: Circuito montado no simulador Psim
Fonte: próprios autores
As formas de onda são registradas conforme a figura 8 abaixo:
Figura 8: Formas de onda da tensão e corrente
Fonte: próprios autores
A Tabela 2 abaixo mostra os valores médios, eficazes e de pico do circuito.
Tabela 2: valores médios, eficazes e de pico do circuito
	
	Vin
	Vout
	Iin
	Iout
	Pico a pico
	
	
	
	
	Valor eficaz
	
	12,09
	
	
	Valor médio
	
	
	
	
Fonte: próprios autores
Parte C – Retificador de onda completa em ponte completa.
A figura 9 abaixo mostra o circuito retificador de onda completa em ponte completa.
Figura 9: Circuito montado no simulador Psim
Fonte: próprios autores
As formas de onda são registradas conforme a figura 10 abaixo:
Figura 10: Circuito montado no simulador Psim
Fonte: próprios autores
A Tabela 3 abaixo mostra os valores médios, eficazes e de pico do circuito.
Tabela 3: valores médios, eficazes e de pico do circuito
	
	Vin
	Vout
	Iin
	Iout
	Pico a pico
	
	
	
	
	Valor eficaz
	
	12,0
	
	
	Valor médio
	
	
	
	
Fonte: próprios autores
QUESTIONÁRIO
a) Explique a principal diferença observada nos dois circuitos montados. Cite as vantagens / desvantagens de cada topologia.
Abaixo é mostrada uma tabela com as principais vantagens e desvantagens entre as duas topologias.
Tabela 4: Vantagens e Desvantagens dos Circuitos Retificadores
	Topologia
	Vantagens
	Desvantagens
	
Circuito Retificador Meia Onda
	Poucos componentes
	Uso de Apenas um semiciclo
	
	Menor queda de tensão por diodo
	Maior ruído na rede elétrica
	
	Menor custo de produção
	Menor grau de isolamento da rede elétrica
	
Circuito Retificador de Onda Completa
	Aproveita o ciclo completo
	Muitos componentes
	
	Maior grau de isolamento
	Maior queda de tensão por diodo
	
	Menorruído na rede elétrica
	Maior custo de produção
Fonte: Próprios autores.
b) Quais as observações que foram feitas com relação à tensão e corrente sobre os diodos nas duas topologias? Os valores de tensões médias, Rms, e de pico estão de acordo com a teoria apresentada em sala de aula? Demonstre a matematicamente os cálculos teóricos (Tensão média e Rms de saída) e compare com valores observados na simulação.
c) Explique resumidamente e com suas palavras o comportamento da tensão e corrente sobre os diodos nas topologias.
Temos que para um retificador de meia onda o diodo que está inserido no circuito irá retirar da tensão AC toda a parte negativa da senoide, ou seja, o diodo está no intuito de transformar um sinal AC em um sinal dc de forma que, quando a fonte está operando de forma positiva o diodo irá se comportar como um fio e então a tensão no diodo é igual a tensão na fonte e a corrente é igual a corrente que sai da fonte e consegue a mesma da carga, mas quando a fonte opera de forma negativa, ocorre que o diodo se comporta como um circuito aberto impedindo passagem da corrente eliminado do sinal a parte negativa ou seja, para um circuito aberto não passa corrente, logo a tensão é zero. Para o retificador de onda completa em ponte teremos 2 pares de diodo dispostos no circuito de forma que para o semicírculo positivo da fonte eles irão funcionar em conjunto forçando que toda a tensão da fonte recaia sobre a carga, basicamente são dois retificadores de meia onda disposto um de costas para o outro, assim teremos que cada parte diodo receberá metade da tensão da fonte, onde metade impede a passagem da corrente por conta de polarização reversa e a outra concede a passagem de corrente.
CONCLUSÃO
Durante o desenvolvimento do relatório e as simulações foi possível observar as características do diodo através de circuitos retificadores de meia onda e onda completa. Além disso, foi possível observar as formas de onda geradas através das duas topologias e tirar conclusões das suas principais características.
Ao final de cada simulação foi possível o melhor entendimento do uso dos retificadores e, principalmente, foi concluído suas limitações quanto a análise correta dos elementos de circuitos do software de simulação. Além disso, pela montagem da simulação, foram entendidas as diferenças entre valor eficaz, valor médio retificado e suas implicações para a análise direta da leitura de circuitos em corrente alternada (CA). 
Ademais, foi de grande importância para compreensão entre a relação de circuitos CC e circuitos CA no que diz respeito a uma conversão de sistemas com um tipo de alimentação para outro.
	
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[ 1 ] ALEXANDER, C.K.; SADIKU, M. N. O Fundamentos de Circuitos Elétricos Trad de A. Griesi. 3a edição. São Paulo: McGraw-Hill, 2008. Pág 637 – 639.
[ 2 ] INSTITUTO NEWTON C. BRAGA. Valores médios e RMS para sinais (M177) Disponível em: < https://newtoncbraga.com.br/index.php/matematica-na-eletronica/11083- valores-medios-e-rms-para-sinais-m177 >. Acesso em: 11 de abril de 2018.
[ 3 ] NILSSON, J. W.; Circuitos Elétricos. Trad. R.S. Biasi. 6a edição. Edição em língua portuguesa publicada por LTC – LIVROS TÉCNICOS E CIENTÍFICOS EDITORA S.A. Copyright ©, 2003. Pág 467 – 472.
[ 4 ] SEDRA, Adel S. Microeletrônica. 5a Ed.