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Circuitos Retificadores Introdução A energia elétrica tem inúmeras aplicações. Pode ser usada para produzir calor, luz, movimentar motores etc. As fontes de energia são diversas, sendo que as que são geradas para abastecimento energético de indústrias e residências são fornecidas no formato de corrente alternada. Você sabe por que? Existem diversas razões para a adoção da transmissão de energia neste formato, um deles está relacionado à própria geração da energia, que é em corrente alternada. Além disto, a elevação ou redução da tensão alternada é facilmente efetuada através de dispositivos transformadores. Ao ser produzida, a tensão pode ser elevada para ser transmitida a distância e, ao chegar próximo do ponto onde ela será consumida, pode ser baixada para o nível de consumo. O aumento da tensão para transmissão possibilita a redução da corrente que circula nos cabos, desta forma, muitas das perdas por aquecimento (efeito Joule) são suprimidas. Assim, se consegue uma maior eficiência na transmissão da energia. Porém, quando devemos alimentar equipamentos que são constituídos por dispositivos eletrônicos semicondutores necessita-se de corrente contínua. O que fazer então? Para equipamentos que consomem pouca energia o fornecimento pode se dar através de baterias ou pilhas, mas como alimentar por exemplo um amplificador de som de 500 watts? Para resolver este problema, estes equipamentos possuem em seu estágio de entrada de energia circuitos denominados retificadores. Circuitos Retificadores Retificação é o nome dado ao processo de transformação de corrente alternada em corrente contínua. A retificação é utilizada nos equipamentos eletrônicos com a finalidade de permitir que equipamentos de corrente contínua sejam alimentados a partir da rede elétrica CA. A retificação de meia onda é um processo de transformação de CA em CC, que permite o aproveitamento de apenas um semiciclo da tensão de entrada na carga. Retificação de meia onda 1 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores O circuito retificador de meia onda com diodo é empregado em equipamentos que não exigem uma tensão contínua pura, como por exemplo, os carregadores de bateria. Retificação de meia onda com diodo semicondutor As características de condução e bloqueio do diodo semi condutor podem ser utilizadas para obter uma retificação de meia onda a partir da corrente alternada da rede elétrica domiciliar. A figura abaixo mostra a configuração de um circuito retificador de meia onda com diodo. Utilização do diodo semicondutor para retificação de meia onda Funcionamento Tomando-se como referência o circuito retificador de meia onda com diodo da figura abaixo. Circuito de retificação de meia onda Primeiro semiciclo Durante o primeiro semiciclo a tensão é positiva no ponto A, com relação ao ponto B. Esta polaridade de tensão de entrada coloca o diodo em condução, permitindo a circulação de corrente. Funcionamento do circuito para o primeiro semiciclo A tensão sobre a carga assume a mesma forma da tensão de entrada. 2 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores Forma de onda da tensão sobre a carga O valor do pico de tensão sobre a carga é menor que o valor do pico de tensão da entrada por que o diodo, durante condução, apresenta uma pequena queda de tensão VD (0,7 para silício e 0,2 para germânio). Diferença da queda de tensão do diodo sobre a carga Entretanto, na maioria dos casos, a queda de tensão do diodo pode ser desprezada por que o seu valor é muito pequeno em relação ao valor total do pico de tensão sobre a carga. A queda de tensão sobre o diodo deve ser considerada apenas quando o circuito retificador for aplicado a tensões pequenas (menores que 10V). 3 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores Segundo semi ciclo Durante o segundo semi ciclo a tensão de entrada é negativa no ponto A, com relação ao ponto B. Esta polaridade de tensão de entrada coloca o diodo em bloqueio, impedindo a circulação de corrente. Funcionamento do circuito para o segundo semiciclo Nesta condição, toda a tensão de entrada é aplicada sobre o diodo que atua como interruptor aberto, e a tensão na carga é nula porque não há circulação de corrente. Tensão nula na carga 4 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores Observa-se que para cada ciclo completo da tensão de entrada apenas um semi ciclo passa para a carga, enquanto o outro semi ciclo fica sobre o diodo. Os gráficos da figura abaixo ilustram o que foi descrito: Formas de onda das tensões de entrada (Vent), no diodo (Vd) e na carga (Vrl) A forma de tensão encontrada na carga é denominada de tensão contínua pulsante. Contínua porque a corrente, quando flui, flui sempre no mesmo sentido, o que é uma característica da tensão contínua e pulsante porque a circulação de corrente ocorre em forma de pulsos. Retificação de meia onda com tensão de saída negativa Dependendo da forma com que o diodo está colocado no circuito retificador, pode-se obter uma tensão CC positiva ou negativa em relação ao terra. 5 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores Posição do diodo para que a tensão na carga seja positiva Posição do diodo para que a tensão na carga seja negativa Filtros É possível verificarmos que a forma de onda pulsante fornecida na saída do circuito retificador de meia onda é bem diferente do gráfico que representa uma tensão contínua. Como o próprio nome diz, o fornecimento de tensão contínua por uma fonte de alimentação deve ser representado por uma reta ou algo bem próximo disto. Para conseguirmos deixar a forma de onda de um circuto retificador mais próxima de uma tensão contínua é que usamos na saída deste circuito os filtros. Considere o circuito da figura a seguir: Filtro Verifique que foi colocado entre a saída do retificador e a carga que será alimentada por ele (R) um capacitor (C). Este componente terá a função de armazenar energia durante o ciclo ativo da saída do circuito retificador e fornecer esta energia a carga durante o período em que o diodo estiver cortado. O funcionamento é ilustrado na figura seguinte: 6 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores Tensão na carga após filtragem Analisando a figura, quando a corrente na carga flui do ponto A até o ponto O, que corresponde à sua amplitude máxima, o capacitor carrega-se com a máxima tensão. Quando a corrente decresce, o que corresponde ao trecho O-B , o capacitor começa a descarregar-se através da carga e continua se descaregando durante o tempo em que o diodo não conduz. Como a descarga é lenta, o capacitor não chega a atingir o valor o valor zero, produzindo o trecho O-X da figura. A corrente agora fica mais próxima da forma de corrente contínua. Os filtros podem ser compostos por componentes como resistores, capacitores e indutores. Tipos de filtros De acordo com a disposição dos componentes que compõem os filtros, podemos classificá-los em tipos L, T e p (pi). As figuras a seguir mostram um filtro RC (resistor - capacitor) do tipo L e um filtro LC (indutor – capacitor) também do tipo L. Filtro RC do tipo L Filtro LC do tipo L As figuras a seguir mostram filtros do tipo T. Filtro RC do tipo T Filtro LC do tipo T 7 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores As figuras a seguir mostram filtros do tipo pi. Filtro RC do tipo pi Filtro LC do tipo pi O filtro mais eficiente é aquele formado por indutores e capacitores. De fato, analisemos o circuito p com L e C. Sabemos que o indutor se opõe à passagem de corrente variável e que o capacitor é pouco resistente a ela. Então, a corrente variável tende a descarregar-se para terra através do primeiro capacitor,e a parcela que tenta passar pelo indutor fica bastante amortecida, sofrendo nova descarga para a terra através do segundo capacitor melhorando ainda mais a filtragem. As redes de filtro podem ser agrupadas em série ou em paralelo. A pequena flutuação da corrente retificada (a oscilação que ainda persiste após a filtragem) recebe o nome de “ripple”. Retificação de Onda Completa em Ponte A retificação de meia onda tem algumas desvantagens: • Ela aproveita apenas um dos semiciclos da corrente, isto significa baixo rendimento. • Dependendo da carga, a forma de onda pulsante e descontínua produzida pelo circuito retificador pode significar produção de ruídos nos circuitos associados, uma vez que o circuito de filtro não consiga linearizar por completo a saída do retificador . • Para tentarmos reduzir os efeitos da pulsação, os valores dos componentes do circuito de filtro associado ao retificador de meia onda devem ser mais elevados, o que eleva o custo. Visando diminuir esses inconvenientes, criou-se o circuito retificador de onda completa. A figura abaixo apresenta a configuração da retificação de onda completa em ponte. Retificação de onda completa em ponte 8 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores A retificação em ponte, com quatro diodos entrega a carga uma onda completa sem que seja necessário utilizar um transformador com derivação central. Funcionamento Primeiro semiciclo Considerando a tensão positiva no terminal de entrada superior. Primeiro semiciclo (tensão positiva no terminal superior) A condição de polarização dos diodos se apresenta: D1 - Ânodo positivo em relação ao cátodo = Condução D2 - Cátodo positivo em relação ao ânodo = Bloqueio D3 - Cátodo negativo em relação ao ânodo = Condução D4 - Ânodo negativo em relação ao cátodo = Bloqueio Substituindo-se os diodos pelo seus circuitos equivalentes ideais se obtém a configuração apresentada na figura abaixo. Primeiro semiciclo – circuito equivalente Eliminando-se os diodos em bloqueio, que não interferem no funcionamento do circuito verifica-se 9 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores que D1 e D3 em condução fecham o circuito elétrico, aplicando a tensão do primeiro semiciclo sobre a carga. Tensão positiva conduzida à carga Recolocando-se os diodos na forma de componente (eliminando os circuitos equivalentes) observa- se como a corrente flui no circuito no primeiro semiciclo. Fluxo da corrente no primeiro semiciclo Segundo semiciclo No segundo semiciclo ocorre a inversão da polaridade nos terminais de entrada no circuito. 10 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores Segundo semiciclo (tensão negativa no terminal superior) A condição de polarização dos diodos se apresenta: D1 - Ânodo negativo em relação ao cátodo = Bloqueio D2 - Cátodo negativo em relação ao ânodo = Condução D3 - Cátodo positivo em relação ao ânodo = Bloqueio D4 - Ânodo positivo em relação ao cátodo = Condução Eliminando os diodos em bloqueio e substituindo os diodos em condução pelos seus circuitos equivalentes ideais obtém-se a configuração apresentada na figura abaixo. Segundo semiciclo – circuito equivalente O circuito elétrico fechado por D2 e D4 aplica a tensão da entrada sobre a carga, fazendo a corrente circular na carga no mesmo sentido que no primeiro semiciclo. 11 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores Tensão positiva conduzida à carga Recolocando os diodos na forma original observa-se a forma como a corrente circula no circuito. Fluxo da corrente no segundo semiciclo A ponte retificadora entrega à carga os dois semiciclos. Forma de onda entregue à carga A freqüência da CC pulsante é o dobro da freqüência da rede. A ponte retificadora também pode ser representada em esquemas conforme mostram as figuras a seguir. 12 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores Símbolos de pontes retificadoras encontrados em esquemas eletrônicos Observe também exemplos de fotos de pontes retificadoras: 13 SENAI/SP Texto Base 3 – Circuitos Retificadores Circuitos Retificadores
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