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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA Relatório 2 Retificadores Disciplina: Laboratório de Circuitos Eletrônicos I Discentes: Matheus Henrique Rossi | RA: 133607 Pedro Henrique de Oliveira Duarte | RA: 136118 Docente: Luiz Carlos Campana Sperandio MARINGÁ 2025 mailto:lccsperandio2@uem.br SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO.....................................................................................................................3 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA........................................................................................4 3. MATERIAIS E MÉTODOS.................................................................................................7 4. RESULTADOS.................................................................................................................... 13 5. CONCLUSÃO..................................................................................................................... 14 6. REFERÊNCIAS.................................................................................................................. 15 2 1. INTRODUÇÃO Os diodos são componentes eletrônicos que transformam corrente alternada em corrente contínua. Portanto, são fundamentais em placas de dispositivos eletrônicos que operam em corrente contínua, mas são alimentados por corrente alternada. Existem duas configurações de circuitos para que ocorra o máximo aproveitamento de corrente, sendo, retificador de meia onda e retificador de onda completa em ponte. A corrente alternada recebe esta denominação por oscilar seu máximo e mínimo de forma senoidal. Para os retificadores de meia onda, os diodos atuam como ceifadores do semiciclo negativo e no positivo, atrasa e a reduz conforme a tensão de barreira do diodo. Com somente o diodo no circuito obtém-se um sinal de corrente contínua oscilante, e para a correção e redução de ripples, utilizam-se capacitores. Nos retificadores de onda completa em ponte, os diodos invertem o semiciclo negativo para o positivo, assim, utilizando a onda completa com redução e atraso referente a dois diodos e, assim como no retificador de meia onda, utiliza-se capacitor para reduzir os ripples. Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento elétrico de retificadores de tensão de meia onda e de onda completa em ponte utilizando diodos, analisando assim as curvas antes dos retificadores, curva dos retificadores sem capacitor e a curva final com os capacitores. Além de compreender o funcionamento dos retificadores, busca-se pontuar aplicações práticas em circuitos, tais como fontes chaveadas. 3 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Em sistemas eletrônicos, muitos dispositivos operam com corrente contínua (CC), enquanto a rede elétrica fornece corrente alternada (CA). Portanto, a conversão de corrente alternada em corrente contínua é fundamental em diversas aplicações, como fontes de alimentação, sistemas de controle, fontes chaveadas. Esse tipo de conversão é realizado por meio de circuitos retificadores. A retificação é o processo de conversão de um sinal CA em um CC, utilizando dispositivos semicondutores como diodos, que conduzem corrente em apenas um sentido. Existem dois tipos básicos de retificadores, sendo de meia onda e de onda completa em ponte. O retificador de meia onda é o tipo mais simples de retificador, utiliza somente um diodo para permitir a condução de corrente durante um dos semiciclos da tensão alternada, geralmente, operando como um circuito ceifador do semiciclo negativo, devido ao diodo estar reversamente polarizado e impede a passagem de corrente. Aproveita apenas metade do sinal CA e apresenta grandes quantidades de ripples acentuados. É um circuito simples e de baixo custo, com eficiência baixa, apresenta ondulações na tensão de saída e é indicado para aplicações de baixa potência. Figura 1 - Representação de um circuito retificador de meia onda. Imagem retirada do livro dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos, Boylestad. Figura 2 - O gráfico acima representa a tensão de entrada, enquanto o outro, apresenta a tensão de saída O retificador de onda completa em ponte ou ponte de Graetz utiliza quatro diodos conectados em uma configuração específica, conforme figura 3, formando uma ponte. Esta configuração permite que a corrente flua pelo circuito de carga em ambos os semiciclos da tensão alternada, sempre na mesma direção. 4 Figura 3 - Representação de um circuito retificador de onda completa em ponte. Imagem retirada do livro dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos, Boylestad. Figura 4 - O gráfico acima representa a tensão de entrada, enquanto o outro, apresenta a tensão de saída. Durante o semiciclo positivo da fonte CA, dois dos diodos conduzem, direcionando corrente pela carga. No semiciclo negativo, os outros dois diodos conduzem, mantendo a direção da corrente na carga. Assim, resultando em uma forma de onda pulsante unidirecional com o dobro da sequência da entrada. Em resumo, tem o aproveitamento completo da onda CA, é mais eficiente que o retificador de meia onda e apresenta menor quantidade de ripples na saída. Comumente é utilizado em fontes de alimentação que exigem maior corrente e menor ondulação. Figura 5 - Percurso da CA no semiciclo positivo. Imagem retirada do livro dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos, Boylestad. Figura 6 - Percurso da CA no semiciclo negativo. Imagem retirada do livro dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos, Boylestad. 5 Após a retificação, a tensão CC de saída ainda contém ripples, conforme vistos nas figuras 2 e 4, que podem ser indesejáveis em circuitos. Para reduzir os ripples são utilizados capacitores, que atuam como filtros, para suavizar a tensão. Assim, obtém-se uma saída CC estável. Figura 7 - Representação do circuito retificador de meia onda com filtro capacitivo para reduzir os ripples. Figura 8 - Representação do circuito retificador de onda completa em ponte com filtro capacitivo para reduzir os ripples. 6 3. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais utilizados: - 4 diodos 1N4007; - resistores de 10 e 15 kΩ; - 2 capacitores de 100 nF; - protoboard; - multímetro; - gerador de sinais; - osciloscópio; - cabos de conexão; Os diodos foram medidos pelo multímetro na função de diodo, em polarização direta resultou em 522, 529, 534 e 526 mV, já em polarização reversa apresentou Lo em sua tela, um circuito aberto. O resistor foi medido na função ohmímetro, medindo 9960 e 14900 Ω. E os capacitores 98 e 90 nF. 3.1 Retificador de meia onda Para o retificador de meia onda, a fonte foi ligada e ajustada para 5,1 V de pico a pico e o circuito foi montado conforme a figura 1 e 10. Figura 9 - Foto do gerador de sinais no laboratório do bloco O27 - UEM. Figura 10 - Foto do circuito montado. Positivo do canal 2 (amarelo) conectado ao ânodo do diodo e negativo conectado ao resistor. Canal 1 (azul) 7 conectado ao cátodo do diodo, com o mesmo negativo para evitar diferença de potencial. Figura 11 - Foto do osciloscópio no laboratório do bloco O27 - UEM. A curva em azul representa a tensão CA entrando no circuito e em amarelo o sinal retificado em CC. Figura 12 - Medição da tensão retificada. Figura 13 - Atraso referente a um diodo. 8 Figura 14 - Circuito montado com filtro capacitivo, capacitor em paralelo ao resistor. Conforme figura 7. Figura 15 - Curvas lidas pelo gerador de sinais, apresentando uma ondulação menor referente a figura 12. Figura 16 - Medição do ripple com um capacitor. Figura 17 - Circuito montado com dois capacitores em paraleloao resistor, atuando como filtro capacitivo. 9 Figura 18 - Medição do ripple com dois capacitores. 3.2 Retificador de onda completa em ponte Para o retificador de onda completa em ponte, a fonte foi ligada e ajustada para 5,1 V de pico e o circuito foi montado conforme a figura 3 e 20. Foi utilizado um gerador de sinais analógico, devido ao gerador digital não operar corretamente para a prática de retificação de onda completa em ponte. Figura 18 - Gerador de sinais analógico. Figura 19 - Circuito do retificador de onda completa em ponte montado, faltando conectar as pontas dos canais do osciloscópio e do gerador de sinais. 10 Figura 20 - Curva da entrada de tensão do circuito. Figura 21 - Curva retificada do circuito da figura 19. O sinal apresenta ruídos devido a possíveis males contatos. Diferentemente da prática de retificação de meia onda, não é possível utilizar os dois canais do osciloscópio simultaneamente, devido a diferença de potencial que pode fazer com que o osciloscópio entre em curto. Figura 22 - Circuito com capacitor em paralelo ao resistor, atuando como filtro capacitivo, para redução de ripples. Conforme figura 8. Figura 23 - Medição do ripple com um capacitor. 11 Figura 24 - Circuito montado com dois capacitores em paralelo ao resistor, atuando como filtro capacitivo. Figura 25 - Medição do ripple com dois capacitores. 12 4. RESULTADOS 4.1 Retificadores de meia onda Durante a montagem do circuito retificador de meia onda, foi possível observar no osciloscópio a forma de onda característica da retificação de um único semiciclo da tensão alternada. A saída do circuito, visualizada no canal 2 (sinal amarelo), apresentou apenas os picos positivos da entrada, conforme mostrado na Figura 11. A tensão retificada evidenciou a queda típica de aproximadamente 0,7 V, correspondente à barreira de condução do diodo, como observado na Figura 12. Com a inserção de um capacitor de 100 nF em paralelo à carga, houve uma redução significativa na ondulação da tensão de saída (ripple), conforme ilustrado na Figura 15. A medição desse ripple com um capacitor pode ser vista na Figura 16. Posteriormente, a adição de dois capacitores de 100 nF em paralelo proporcionou uma filtragem ainda mais eficiente, resultando em uma forma de onda mais próxima de uma tensão contínua, como mostrado nas Figuras 17 e 18. 4.2 Retificadores de onda completa em ponte No experimento com o circuito retificador de onda completa em ponte, optou-se pela utilização de um gerador de sinais analógico, em razão das limitações operacionais do gerador digital para essa aplicação. A forma de onda da tensão de entrada foi registrada conforme a Figura 20, enquanto a saída retificada — evidenciando a condução durante ambos os semiciclos da tensão alternada — pode ser observada na Figura 21. Pequenos ruídos foram notados na forma de onda, possivelmente causados por falhas de contato nos componentes ou conexões. A inclusão de um capacitor de 100 nF em paralelo com o resistor de carga (Figura 22) proporcionou uma redução significativa na ondulação (ripple) da tensão de saída, como ilustrado na Figura 23. Com a adição de um segundo capacitor de 100 nF em paralelo, a filtragem capacitiva tornou-se ainda mais eficaz, resultando em uma saída com ondulação mínima, conforme demonstrado nas Figuras 24 e 25. 13 5. CONCLUSÃO Através do estudo realizado, foi possível compreender o papel essencial dos retificadores de meia onda e de onda completa em ponte conversão de corrente alternada em corrente contínua, fundamental para o funcionamento de dispositivos eletrônicos. O retificador de meia onda, embora simples e econômico, apresenta baixa eficiência e alta ondulação, sendo mais adequado para aplicações de baixa potência. Por outro lado, o retificador de onda completa em ponte mostrou-se superior em termos de aproveitamento da energia e qualidade do sinal de saída, sendo amplamente utilizado em fontes de alimentação de equipamentos eletrônicos. Essa análise reforça a importância do conhecimento dos princípios da retificação e do comportamento dos diodos, permitindo projetar circuitos mais eficientes e adequados às necessidades das aplicações reais. 14 6. REFERÊNCIAS MALVINO, A.P., Eletrônica: volume 1, 7a ed., São Paulo: Makron Books, 2007 BOYLESTAD, R.L.; NASHELSKY, L., Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11. ed. São Paulo: Pearson, 2013 15 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Retificador de meia onda 3.2 Retificador de onda completa em ponte 4.1 Retificadores de meia onda 4.2 Retificadores de onda completa em ponte 5. CONCLUSÃO 6. REFERÊNCIAS MALVINO, A.P., Eletrônica: volume 1, 7a ed., São Paulo: Makron Books, 2007