Relatorio 01 Retificador de Meia Onda

Prévia do material em texto

Retificador de Meia Onda 
Laboratório 01 
Ed Ákio Santos, Pedro Henrique Nunes Martinez 
Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
Campus Curitiba – Av. Sete de Setembro, 3165 Rebouças – 80230-901 – Curitiba – PR - Brasil 
ed_akio07@hotmail.com, pedromartinez@alunos.utfpr.edu.br 
 
 O retificador de meia onda consiste em um circuito para remover metade de um sinal AC 
de entrada, transformando-o em um sinal CC. Consiste basicamente em um transformador, um 
diodo e uma carga. O início da retificação se da no recebimento de um sinal AC, que passa por 
um transformador que abaixa a tensão advinda da rede. Após transformado, o sinal senoidal de 
entrada passa por um diodo – este polarizado diretamente – que permite apenas a passagem do 
semi-ciclo positivo, retificando o sinal. Assim que o retificador começa a funcionar, a tensão de 
saída pode ser medida colocando-se um voltímetro em paralelo com a carga. 
 
 
1. Introdução 
O circuito retificador é assim chamado, pois se 
utiliza de diodos para resultar em uma saída 
unipolar para a carga. Um sinal senoidal, portanto, 
contendo ciclos positivos e negativos de tensão, é 
retificado de forma a fornecer apenas ciclos 
positivos para a carga. O circuito retificador mais 
básico está representado na Figura 1. 
 
 
As equações utilizadas são : 
 
Vcc = Vmed = (√2 * Vpk) / π ; 
 
Vca = Vrms = (√2 * Vpk) / π ; 
 
Imed = Vmed / R ; 
 
Irms = Vrms / R; 
 
FF = Vrms / Vcc ; 
 
FO = √(FF2 – 1) 
 
ɳ = (Vcc * Icc) / (Vrms * Irms) , onde: 
 
Vcc = Tensão de corrente contínua; 
Vca = Tensão de corrente alternada; 
Imed = Corrente média; 
Irms = Corrente eficaz; 
FF = Fator de forma da Icarga; 
FO = Fator de ondulação da Icarga; 
 
 
ɳ = Rendimento do circuito/estrutura. 
2. Procedimento experimental 
Inicialmente, soldou-se o circuito em uma placa 
perfurada 10 x 10 cm, como mostra na figura 2. 
 
 
Para isso, foram utilizados os materiais citados 
na tabela 1 abaixo. 
Tabela 1: Materiais usados 
Componente Quantidade 
Resistor 47Ω 5W 4 
Diodo 1N4007 1 
Resistor Shunt 0,1Ω 1 
 
Foram utilizados 4 resistores no arranjo série-
paralelo para que, ao final, obtivesse 47Ω e20W de 
potência real. Com o multímetro, a resistência 
medida foi de 46,6Ω no total e, 23,3Ω em cada 
paralelo. 
 
3. Confecção da placa 
 
A montagem do circuito foi realizada em placa 
universal perfurada. Soldando-se os componentes 
de acordo com o circuito dado no roteiro de prática 
pelo professor. Obtendo-se assim, o circuito 
montado abaixo: 
 
 
 Figura 3: Circuito montado em placa perfurada 
 
Onde utilizou-se do recurso de associação de 
resistores paralelo-série para totalizar o total da 
carga (R=47Ω 20W) com um resistor 
shunt(R=0,1Ω) em série com a carga. Diodo 
modelo 1N4007. 
4. Desenvolvimento prático - 
Levantamento de dados 
 Inicialmente, soldou-se o circuito em uma placa 
perfurada 10 x 10 cm, como mostra na figura 2. 
 
 
 
Então, alimentou-se a entrada do transformador 
com 220 V / 60 Hz e, com um multímetro, mediu-
se a saída do transformador, obtendo-se 24,7 V 
(Vpk). Por fim, testou-se as pontas de prova do 
osciloscópio e atestou-se que as mesmas estavam 
na escala correta e funcionando corretamente. 
Assim foi medido com o osciloscópio o sinal de 
saída, obtendo-se o gráfico da imagem 3. 
 
 
 
Como pode-se observar na figura, a frequência e 
tensão no circuito foi de 59,95 Hz, a tensão foi de 
Vpk = 24,8 V muito próximo do valor medido de 
Vpk = 24,7 V com o multímetro. 
A partir desses valores, foi calculado os valores 
de corrente e tensão esperados para o circuito. 
 
Vpk = 24,7V , logo a tensão eficaz na saída do 
trafo se da : 
Vef = Vpk*√2 = 24,7 * √2 → Vef = 34,93 V 
 
Logo, sobre a carga, com a queda de tensão no 
diodo: 
VLP = 34,93 – 0,7 = 34,23 V 
VRMS = 24,7/√2 = 17,46 V 
Vmed = 34,23/π = 10,89 V 
IRMS = 17,46/46,6 = 0,374 A 
Imed = 10,89/46,6 = 0,233 A 
 
A partir desses valores, calculou-se então o 
rendimento teórico do circuito: 
ɳ = (10,89 * 0,233) / (17,46*0,374) = 0,388 
ɳ = 38,8 % 
 
Com esses valores, é possível calcular o Fator 
de Forma (FF) e Fator de Ondulação (FO): 
FF = 16,47 / 10,89 = 1,512 
FO = √(1,5122-1) = 1,134 
 
Após todos os valores do circuito terem sido 
calculados, passou-se para a realização do 
experimento em si, conectando as pontas de prova 
do osciloscópio nas extremidades da carga e 
alimentando-se o circuito com as pontas jacaré dos 
cabos conectados ao transformador, obtendo-se o 
gráfico ilustrado na figura 4. 
 
 
 
Novamente, pode-se observar que a frequência 
da tensão no circuito foi de 60,10 Hz, valor médio 
de Vmed=10,3 V e Vrms = 16,7 V. Valores estes 
próximos aos calculados. 
Calculando-se os valores reais do circuito, 
obteve-se: 
IRMS = 16,7 / 46,6 = 0,358 A 
Imed = 10,3 / 46,6 = 0,221 A 
 
O rendimento real do circuito foi de: 
ɳ = (10,3 * 0,221) / (16,7 * 0,358) = 0,380 
ɳ = 38% 
 
Com isso, Fator de Forma e Fator de Ondulação 
foi de: 
FF = 16,7 / 10,3 = 1,621 
FO = √(1,6212-1) = 1,275 
 
Além disso, observou-se que, conforme 
proposto e esperado pelo experimento, os valores 
negativos da tensão foram filtrados, chegando à 
carga apenas o semi-ciclo positivo. 
 
5. Questionário 
1- Qual o formato da tensão de carga? Fazer 
aquisição. 
R: Como o circuito retifica metade da onda 
senoidal (ciclo negativo), era de se esperar 
uma forma de onda senoidal, com a parte 
negativa retificada, ou seja, em zero como 
mostra a aquisição do osciloscópio. 
 
 
2- Qual a tensão média na carga? 
R: De acordo com os cálculos realizados, a 
tensão média na carga deveria ser de 10,8 
V. Entretanto o valor medido na mesma foi 
de 10,3V como mostra a figura 7 acima. 
3- Reduzindo-se o valor de R a tensão de 
saída se altera? 
R: Sim. De fato o valor da tensão de saída s 
altera. No experimento, reduziu-se a carga 
pela metade (23,6 Ω) e então mediu-se a 
nova tensão de saída, ao qual variou muito 
pouco, diminuindo de 10,3 V (figura 7) 
para 10,2 V como mostra a figura 8 a 
seguir. 
 
 
 
4- Qual a perda em watts no diodo D1? Supor 
rt= 2mΩ e VTO= 1V. 
R:PD = VTO * Irms + rt * Icc 
 PD = 1*0,374 + 0,002 * 0,233 
 PD = 0,374 + 0,0004 
 PD = 0,3744 W 
5- Qual o rendimento da estrutura? 
R: ɳ = (10,3 * 0,221) / (16,7 * 0,358) = 
0,380 
 ɳ = 38% 
 
Questão adicional: 
Simule o circuito no PSIM e determine o erro 
de: 
Vmedio carga; 
Vrms carga; 
Imedio 
Irms 
ɳ retificador. 
Tabela 2: Erro associado entre medidas e simulação 
Grandeza Simulado Prático Erro (%) 
Vmedio 10,85 V 10,89 V 0,36 
Vrms 17,28 V 17,46 V 1,03 
Imedio 0,232 A 0,233 A 0,42 
Irms 0,370 A 0,374 A 1,07 
ɳretificador 39,3 % 38,8 % 1,28 
 
 
Determine o: 
-Fator de forma de Icarga (FF); 
R: FF = Vrms / Vcc 
FF = 16,7 / 10,3 
FF = 1,621 
 
-Fator de ondulação de Icarga(FO). 
R: FO = √(FF2-1) 
FO = √(1,6212-1) 
FO = 1,275 
6. Simulação 
Para realizar o ensaio do circuito em simulador, 
foi utilizado o software PSIM de acordo com a 
figura 9. Para aumentar a veracidade dos resultados, 
foi colocado na fonte de entrada o valor de 24,7*√2 
= 34,93 V o qual foi o valor medido na saída do 
transformador usado. 
 
 
 
 
Realizando a simulação do circuito, obtém-se as 
formas de ondas a seguir como mostra as figuras 10 
e 11 seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. ConclusõesA partir dos resultados medidos e simulados, 
observou-se que o circuito real apresentou valores 
coerentes de tensão durante o experimento. Os 
valores medidos e, calculados a partir da medição, 
foram muito próximos aos valores esperados 
através da simulação, bem como os cálculos feito 
no início do roteiro, tanto que a eficiência do 
circuito real foi de 40,3%, enquanto o valor 
simulado foi de 40,8%. 
Com isso, pode-se dizer que houveram poucas 
percas além das previstas para o circuito. Bem 
como se pode atestar o correto funcionamento do 
circuito com o diodo retificador de tensão por meia 
onda, “cortando” por assim dizer, os valores 
negativos da tensão de entrada. 
Assim, visto que o FF (fator de forma) é muito 
maior que 1, valor este esperado quando se tem 
corrente contínua. E isso se deve ao fato de que a 
tensão de saída do transformador foi parcialmente 
retificada, aproveitando-se assim apenas valores 
positivos da fonte. Então, com um retificador de 
onda completa, espera-se que o FF seja mais 
próximo de 1, pois há um maior aproveitamento da 
tensão de entrada do circuito. 
8. Referências 
Corradi Junior. SINAIS SENOIDAIS: Tensão e 
Corrente Alternada. Disponível em: . Acessado em 
23.03.2018. 
 
NAKASHIMA, Kazuo. VALOR MÉDIO E 
EFICAZ. Disponível em: . Acessado em 
23.03.2018. 
 
BOYLESTAD, Robert L, Introdução à análise de 
circuitos. 10. ed, São Paulo : Prentice-Hall, 2004. 
 
SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C. 
Microeletrônica. 4. edição. São Paulo, Makron 
Books Ltda., 2000.