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UNIFEI - IEE/DON Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr ELT313 – LABORATÓRIO DEELETRÔNICA ANALÓGICA I ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO NO4: RETIFICADORES – PARTE II (ANÁLISE DAS CORRENTES) AVALIAÇÃO Data Turma Bancada Pont/Org Estudos Res Exp Obs/Concl matricula nome assinatura OBJETIVO O objetivo desta aula é observar e medir os valores de corrente nos circuitos retifica- dores. LISTA DE MATERIAL Equipamentos: ? Multímetro digital True RMS ? Osciloscópio de 2 canais Componentes: ? Transformador CT (9+9V) ? Diodo retificador 1N4001(4) ? Resistor 5%, 1/3W 1 Ω (4) 300Ω(1) 1 kΩ (1) ? Capacitor eletrolítico >25V 470 µF(1) 1- ANÁLISE DAS CORRENTES Para poder observar a forma de onda de corrente é necessário adicionar um resistor (shunt) em série com os diodos e com o ca- pacitor e modificar a instalação do GND do osciloscópio. A resistência deste shunt deve ser muito menor que a resistência da carga. Neste ensaio utilizaremos resistores de 1Ω. Desta forma poderemos medir o valor médio e eficaz de tensão neste resistor e calcular o valor da corrente. Sempre que possível evite utilizar a escala amperimétrica do multímetro. Me- dir a tensão nos “shunts”. ? Tensão de pico (p) e pico a pico (pp) são medidos através do osciloscópio. ? Valor médio (Av) e eficaz da componente alternada (rms-ac) são medidos com o multímetro true RMS-ac. ? 22 acdcRMS VVV += ? Desenhar as formas de onda - sem e com o capacitor de 470uF. V21, V22 , VO ID1, ID2, IO, IC, IL ? Calcular a relação entre os valores médio e efcaz (ac+dc) de corrente no diodo e o valor médio da corrente na carga IDC. ID(Av)/IDC ID(RMS)/IDC I2(RMS)/IDC 1k RL D1 D2 C 0 V21 V22 CT IO ILVOV1 C=470µF / 40V Figura 1- Retificador de onda completa com TAP central e filtro capacitivo. ELT313 – Laboratório de Eletrônica Analógica I EEL Laboratório No 4 UNIFEI - IESTI - GEB Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr 2 Tabela 1 Sem capacitor C teorico medido 470u [F] [V]RMS V21 [V]P [V]RMS V22 [V]P [V]P [V]AV [V]RMS VO [V]rmc-ac [V]PP ripple [V]rms-ac Freq Vo Hz PIV (D1) [V]P [mA]P [mA]AV [mA]RMS ID1= ID2 [mA]rms-ac [mA]P [mA]AV [mA]RMS IO [mA]rms-ac [mA]PP [mA]AV [mA]RMS IC [mA]rms-ac [mA]P [mA]AV [mA]RMS IL [mA]rms-ac Av ID/IDC RMS Av ID/IL RMS A figura 2 mostra as formas de onda de um retificador com Tap central com e sem o capacitor de filtro. Sem o filtro a corrente de pico é aproxi- madamente 1[A] e duração de 180º. Com filtro, o pico de corrente sobe para 5[A], o ângulo de condução diminui para aproximadamente 60º. A área sob a curva (carga) desta corrente é muito maior que a anterior sem carga. ? V22=V11=20 VPICO ou 14.14 VRMS ? RL= 20Ω ? C= 1000 uF Figura 2- Oscilograma do retificador de onda completa. É interessante determinar a relação entre valor médio e valor eficaz (ac+dc) da corren- te no diodo, transformador e capacitor em re- lação ao valor médio da corrente na carga IDC=IL(Av). Algumas propriedades podem ser obser- vadas: 0I II III III C(Av) (Av)RO(Av) 2 2(RMS)D 2 (RMS)1DO(RMS) 2(Av)D1(Av)DO(Av) L = = += += -2 0 2 4 A 0 1 A 0 5A 0 5 A 0 1 A 5 A ID1 Io 5 A ID2 IL IC - 20V 0 20V V21 V22 ELT313 – Laboratório de Eletrônica Analógica I EEL Laboratório No 4 UNIFEI - IESTI - GEB Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr 3 2- RETIFICADOR PARA FONTE SIMÉTRICA Uma fonte de corrente contínua muito uti- lizada industrialmente é a fonte simétrica de ±15V, ou seja, uma fonte de +15V e outra de -15V com um ponto em comum. O circuito funciona como dois retificadores de onda completa com tap central, uma com tensão retificada positiva e outra negativa. O circuito retificador é semelhante ao circuito da ponte, o que nos leva a cometer alguns equívocos durante a análise. Observe aten- tamente a ligação do secundário do trans- formador com tap central. L1 1k 1kV21 V22 CT127V +Vcc -Vcc D3D1 D2 D4 Figura 3- retificador para fonte simétrica. 3- FONTE REGULADA Um retificador (meia onda ou onda com- pleta em ponte ou com tap central) e um fil- tro (capacitivo ou LC) apresentam baixa re- gulação (varia a tensão em função da carga e da tensão ac de alimentação) e alta ondu- lação (ripple). Por este motivo é necessária a utilização de “reguladores” em muitas aplica- ções. A Figura 4 presenta um esquema típico de uma fonte dc estabilizada constituído de transformador, retificador, filtro e regulador. Para um funcionamento correto do regu- lador é necessário que a tensão de entrada do regulador (Vin=Vcc) seja maior que a tensão de saída (Vout) acrescido de seu “drop out”. Vin > (Vout + Vdrop) (1) 12 Rc Vout D2 D1 V21 V22 CT Vcc=Vin REG V2=V21+V22 + Ci + Co Vac VdropVrect Vac Idc Vripple Iac V1 127V CH1:5V/DIV CH2:5V/DIV H>2mSEC/DIV VccVac Vout Iac >Vdrop Figura 4- Fonte regulada Se a tensão Vin for menor (Vout+Vdrop) provocará ondulação na tensão de saída. VOUT Figura 5 - Vin < (Vout + Vdrop) Projeto Este roteiro de projeto de fonte de alimen- tação em corrente contínua é um resumo do artigo “Power Supply Design” escrito por Ed Polen e publicado pela National Semicon- ductor no manual “IC Voltage Regulator HANDBOOK”. ELT313 – Laboratório de Eletrônica Analógica I EEL Laboratório No 4 UNIFEI - IESTI - GEB Kazuo Nakashima & Egon Luiz Muller Jr 4 Transformador A tensão eficaz no secundário do trans- formador é calculado pela seguinte fórmula: lowVLine nomVLinexVrippleVdropVrectVoutVac 2.92.0 )( +++= OBS.: não vale para filtro LC. ? Vdrop= Drop Out - Tensão mínima ne- cessária para funcionamento do regula- dor . Valor típico 3 [V] - depende do regu- lador utilizado. ? Vrect= Queda de tensão no diodo (típico 1,25 V para retificador em meia onda e onda completa com tap central e 2.5V pa- ra retificador em ponte) ? Vripple= Ondulação (depende do capaci- tor do filtro de entrada e da carga – 20 a 30% de Vcc pico) ? 0.92= Eficiência do retificador (leva em conta queda de tensão no transformador) ? VLine nominal / VLine low= Flutuação da tensão de alimentação ac (10% típico). O valor eficaz da corrente no secundário do transformador depende da corrente de saída (Idc) e do filtro utilizado. Observe no oscilograma da Figura 4 a forma de onda da corrente que circula no secundário do trans- formador. ? Iac(rms)= Valor eficaz da corrente no se- cundário do transformador ? Idc= Corrente contínua RETIFICADOR FILTRO Iac(rms)/Idc LC 0.7 Center Tap C 1.2 LC 1.0 Ponte C 1.8 Reguladores de três terminais FIXO AJUSTAVEL 78XX 317 POSITIVO (+) 340-XX 79XX 337 NEGATIVO (-) 320-XX FIXO = 5; 12; 15V @ 1,5A , 20W AJUSTÁVEL = 1,2 a 37V @ 1,5A, 20W. ? ][.)( WIdcVoutViPREG −= (3) Capacitor ? .IdcC t Vi = ∆∆ ? ∆Vi = Tensão de ondulação pico a pico (20 a 30% de Vdc) ? -3∆t=6 10 120para ripple de Hz ? -3∆t=14 10 60para ripple de Hz Diodo ][.. 2 WIVtIRtPd AvRMS += (5) Regulador Ajustável de Três Terminais12? Rc Vo=1,25...12V D2 D1V21 V22 CT Vi 317 V2=V21+V22 + Ci + Co 120 20W V1 127V Fonte Simétrica L1 V21 V22 CT127V Vcc+ Vcc- D2D1 D3 D4 +12V -12V 7812 7912 Itajubá, MG, março de 2005 Fevereiro de 2008
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