Relatório 03

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CAMPUS DE SOBRAL 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
ELETRÔNICA ANALÓGICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA III: RETIFICADORES A DIODO 
 
ALANA DE OLIVEIRA FERRO – 380798 
NILSON DO NASCIMENTO BRANDÃO JUNIOR – 363977 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SOBRAL 
2019 
2 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 01: Enrolamentos de um Transformador. 
Figura 02: Retificação de meia-onda. 
Figura 03: Retificação de onda completa. 
Figura 04: Retificação de onda completa em ponte. 
Figura 05: Montagem do transformador 220/12 V. 
Figura 06: Montagem do circuito retificador meia-onda. 
Figura 07: Forma de onda da corrente IL de entrada do circuito retificador meia-onda. 
Figura 08: Forma de onda da tensão de saída Vo do circuito retificador meia-onda. 
Figura 09: Forma de onda da tensão aplicada sobre o diodo do circuito retificador meia-onda. 
Figura 10: Forma de onda da corrente IL de entrada do circuito retificador onda completa. 
Figura 11: Forma de onda da tensão de saída Vo do circuito retificador onda completa. 
Figura 12: Forma de onda da tensão aplicada sobre o diodo do circuito retificador onda completa. 
Figura 13: Forma de onda da tensão de saída Vo do circuito e corrente IL de entrada do circuito 
retificador em ponte, respectivamente. 
Figura 14: Forma de onda da tensão aplicada sobre o diodo do circuito retificador em ponte. 
 
 
 
3 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 4 
1.1. TRANSFORMADORES ........................................................................................................ 4 
1.2. CIRCUITO RETIFICADOR .................................................................................................. 4 
1.2.1. RETIFICADOR DE MEIA-ONDA ............................................................................... 5 
1.2.2. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA .................................................................... 5 
1.2.3. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE ................................................ 6 
2. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 7 
3. MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................................ 8 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .............................................................................. 9 
4.1. RETIFICADOR DE MEIA-ONDA ........................................................................................ 9 
4.2. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA ........................................................................... 11 
4.3. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE ...................................................... 12 
5. QUESTIONÁRIO ................................................................................................................ 13 
6. CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 14 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 15 
 
 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
1.1. TRANSFORMADORES 
Transmite energia elétrica ou potência elétrica num circuito por meio de indução de tensões, 
correntes e modifica os valores das impedâncias elétricas do circuito. Criado por Faraday os 
transformadores são dispositivos que funcionam através da indução de corrente de acordo com os 
princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday-Lenz e da Lei de Lenz, que afirma ser possível criar 
uma corrente elétrica em um circuito uma vez que esse seja submetido a um campo magnético 
variável, e é por causa dessa variação no fluxo magnético que os transformadores só funcionam em 
corrente alternada. 
É composto pelos enrolamentos que são bobinas de material condutor, recebem uma camada 
de verniz. Esses enrolamentos são chamados de primário e secundário para os transformadores de 
dois enrolamentos e o núcleo feito de material ferromagnético. 
Figura 01: Enrolamentos de um Transformador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Sadiku, 5ª edição. 
 
A relação da tensão entre os potenciais elétricos e entre o enrolamento primário e o secundário, 
pode ser dada pela equação (1). 
 
𝑉2 = 𝑉1
𝑁2
𝑁1
 (1) 
 
V1 = Tensão primária; 
V2 = Tensão secundária; 
N1 = Número de espiras no enrolamento primário; 
N2 = Número de espiras no enrolamento secundário; 
 
 
1.2. CIRCUITO RETIFICADOR 
Principal componente para o funcionamento dos circuitos retificadores é o diodo 
semicondutor que tem a característica de conduzir corrente somente num sentido e devido a essa 
propriedade serve para retificar. Com o diodo ideal na polarização direta a corrente passa por ele e 
com polarização reversa a corrente é impedida de passar pelo diodo. 
 
 
 
5 
 
 
1.2.1. RETIFICADOR DE MEIA-ONDA 
No ponto A positivo em relação a B, o diodo está polarizado diretamente e conduz. A corrente 
circula de A até B passando pelo diodo e RL. No ponto A negativo em relação a B, o diodo está 
polarizado inversamente e não conduz. A corrente passa no RL somente nos semiciclos positivos, 
onde os semiciclos positivos passam para a saída e os semiciclos negativos ficam no diodo. A 
frequência de ondulação na saída é igual à frequência de entrada. 
Figura 02: Retificação de meia-onda. 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Athos Electronics (2019) 
 
 
𝑉𝑑𝑐 =
𝑉𝑝
𝜋
= 0,318 ∙ 𝑉𝑝 (2) 
 
𝑓𝑜𝑢𝑡 = 𝑓𝑖𝑛 (3) 
 
1.2.2. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA 
Neste circuito há uma defasagem de 180º entre as tensões de saída do transformador, VA e 
VB. As tensões VA e VB são medidas em relação ao ponto C (ponto de referência). Quando A é 
positivo, B é negativo, a corrente sai de A passa por D1 e RL e chega ao ponto C. Quando A é negativo, 
B é positivo, a corrente sai de B passa por D2 e RL e chega ao ponto C. Para qualquer polaridade de 
A ou de B a corrente IL circula num único sentido em RL e por isto, a corrente em RL é contínua 
fazendo com que se tenha somente semiciclos positivos na saída. A frequência de ondulação na saída 
é o dobro da frequência de entrada. 
Figura 03: Retificação de onda completa. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Athos Electronics (2019) 
 
 
𝑉𝑑𝑐 =
2𝑉𝑝
𝜋
= 0,636 ∙ 𝑉𝑝 (4) 
 
𝑓𝑜𝑢𝑡 = 2 ∙ 𝑓𝑖𝑛 (5) 
 
6 
 
 
1.2.3. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE 
Dispensa o uso do transformador com tomada central e pode ser ligado diretamente à rede 
elétrica. Quando A é positivo em relação a B, a corrente sai de A passa por D1, RL, D3 até o ponto B. 
Quando A é negativo em relação a B, a corrente sai de B passa por D2, RL, D4 até o ponto A. Quando 
o ponto A é positivo D1 e D3 conduzem e quando o ponto A é negativo D2 e D4 conduzem. Para 
qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num único sentido em RL, sendo assim 
contínua. Tem-se apenas os semiciclos positivos na saída e a frequência de ondulação na saída é o 
dobro da frequência de entrada, assim como demonstram as equações (4) e (5). 
Figura 04: Retificação de onda completa emponte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Athos Electronics (2019) 
7 
 
2. OBJETIVOS 
• Conhecer o funcionamento dos diodos; 
• Montar retificadores de meia onda e onda completa; 
• Comparar as montagens experimentalmente. 
8 
 
3. MATERIAIS UTILIZADOS 
• Transformador 220/12 V; 
• Diodos; 
• Resistor de 100 Ω; 
• Osciloscópio; 
• Placa protoboard; 
• Cabos diversos. 
9 
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Nesta etapa, foram utilizados o osciloscópio, o transformador, resistor e os diodos do 
laboratório. Inicialmente, foi feita a montagem com os componentes necessários para a prática de 
acordo com a topologia de retificação especificada. O osciloscópio foi utilizado com intuito de obter 
as formas de ondas de tensão e correntes solicitadas. Posteriormente, conectou-se os cabos aos seus 
referidos lugares de medição no circuito. Com isso pode-se verificar os valores de tensão e corrente 
dos circuitos retificadores de meia-onda, onda completa e onda completa em ponte. 
Figura 05: Montagem do transformador 220/12 V. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
4.1. RETIFICADOR DE MEIA-ONDA 
Primeiramente, com o transformador de TAP central ligado em uma das fases com ciclo 
positivo e no de referência (0V), utilizou-se resistor de 100 Ω e um diodo no para montar o circuito 
de meia-onda. 
Figura 06: Montagem do circuito retificador meia-onda. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
10 
 
Ligou-se o osciloscópio e foram utilizadas ponteiras de tensão e corrente, com isso os sinais 
de corrente IL na entrada do circuito, tensão sobre o diodo e tensão de saída Vo no resistor foram 
obtidas. Note que para obter o sinal de corrente e para que a medição fosse mais precisa o cabo da 
entrada foi enrolado três vezes, por este motivo a corrente obtida no osciloscópio é três vezes o valor 
nominal da corrente de entrada. Então o valor de IL é dado por: 
𝐼𝐿 =
𝐼
3
 (6) 
 
Figura 07: Forma de onda da corrente IL de entrada do circuito retificador meia-onda. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
A partir do valor de tensão de pico-a-pico (Vp) obtido no instrumento pode-se obter 
matematicamente os valores de tensão rms, médio. Valores de pico na entrada do circuito (Vpin) são 
diferentes dos de saída (Vpout), devido ao diodo não ser ideal e impor uma queda de tensão Vd (0,7V). 
𝑉𝑝 = 𝑉𝑒𝑓 ⋅ √2 (7) 
𝑉𝑝𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑝𝑖𝑛 − 𝑉𝑑 (8) 
 
Figura 08: Forma de onda da tensão de saída Vo do circuito retificador meia-onda. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
 
 
 
Figura 09: Forma de onda da tensão aplicada sobre o diodo do circuito retificador meia-onda. 
11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
4.2. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA 
Analogamente ao procedimento realizado no item 4.1, tem-se a montagem do circuito 
retificador de onda completa com a utilização das duas fases do TAP central e dois diodos, tem-se 
agora somente os semiciclos positivos de saída. Os sinais de corrente, tensão de saída e sobre os 
diodos estão dispostos nas figuras, abaixo. 
Figura 10: Forma de onda da corrente IL de entrada do circuito retificador onda completa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
Figura 11: Forma de onda da tensão de saída Vo do circuito retificador onda completa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
12 
 
Figura 12: Forma de onda da tensão aplicada sobre o diodo do circuito retificador onda completa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
4.3. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE 
Continuando o procedimento, agora com retificador em ponte, utilizando transformador com 
apenas uma das fases e com ponto de referência, obteve-se os seguintes sinais dispostos nas figuras, 
abaixo. 
Figura 13: Forma de onda da tensão de saída Vo do circuito e corrente IL de entrada do circuito retificador 
em ponte, respectivamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
Figura 14: Forma de onda da tensão aplicada sobre o diodo do circuito retificador em ponte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Produzido pelos autores. 
 
PauLo RoBSoN
Máquina de escrever
Não esta coerente com a teoria.
13 
 
5. QUESTIONÁRIO 
1. Explique a principal diferença observada nos dois circuitos montados. Cite as vantagens/ 
desvantagens de cada topologia. 
A principal diferença notada nas montagens dos circuitos é que no retificador de meia-onda o 
semiciclo negativo da fonte não é aproveitado, ao contrário de quando utilizamos os retificadores de 
onda completa. 
A vantagem de se utilizar circuitos retificadores de meia-onda é o uso de poucos componentes. 
Por outro lado, estes criam ruído na rede de força e prejudicam a eficiência do serviço de distribuição. 
Quando utilizamos retificadores de onda completa, a vantagem principal é o aproveitamento dos dois 
semiciclos da rede, tornando a filtragem mais simples e eficiente. Dentre as desvantagens destes 
circuitos, podemos citar a exigência de um transformador com tomada central, que costumam ser um 
pouco mais caros do que os de enrolamento simples. 
2. 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 matematicamente os cálculos e compare com valores 
medidos. 
Não há diferença nas correntes entre as topologias e sim nas tensões, no segundo caso temos 
dois diodos polarizados diretamente em cada semiciclo da onda, nessa configuração em série de 
diodos iguais pode-se observar a divisão de tensão. 
 
3. Explique resumidamente e com suas palavras o comportamento da tensão e corrente sobre 
os diodos nas topologias. 
 
4. Pesquise a respeito do componente tiristor (SCR). Descreva resumidamente com suas 
palavras a respeito de sua construção, operação, semelhanças e diferenças comparado ao diodo 
e aplicação. 
 Um tiristor é um dispositivo semicondutor que opera em regime chaveado. O SCR (retificador 
controlado de silício) é o tiristor de uso mais difundido. O dispositivo é formado por quatro camadas 
semicondutoras, alternadamente p-n-p-n, possuindo três terminais: anodo e catodo, no qual flui a 
corrente, e a porta que, a uma injeção de corrente, faz com que se estabeleça uma corrente. 
 Os tiristores podem ser utilizados para: controles de relés e motores, fontes de tensão 
reguladas, variadores de tensão CC, inversores CC-CA, carregadores de baterias, etc. 
 
 
PauLo RoBSoN
Máquina de escrever
Na config. de ponte completa, a tensão reversa nos diodos é reduzida pela metade.nullnullFalta a comparação dos valores teoricos e experimentais.
PauLo RoBSoN
Máquina de escrever
???
14 
 
6. CONCLUSÃO 
A partir do conhecimento prévio teórico adquirido em sala sobre circuitos retificadores, que 
envolvem o uso de transformadores, diodos semicondutores, resistores dentre outros componentes 
para que uma tensão CA se transforme em tensão CC, analisou-se o comportamento dos sinais de 
corrente, de tensão sobre o diodo e tensão de saída do circuito com ajuda dos instrumentos necessários. 
A partir daí realizou-seprocedimento experimental para medição e obtenção de sinais dos 
circuitos retificadores de meia-onda, onda completa e onda completa em ponte, nessa ordem com o 
osciloscópio e as ponteiras de tensão e corrente para obter as formas de onda das tensões e da corrente 
solicitadas. Primeiramente o circuito foi montado e as formas de onda e os valores obtidos dos três 
tipos de topologia foram anotados e verificados a partir da teoria já vista em aula. 
Nota-se que os valores obtidos no procedimento prático apresentam variações de tensão Vp 
esperadas já que os instrumentos não são ideais e apresentam resistência interna e a qualidade dos 
cabos que influenciam no valor das tensões e da corrente medidos. Mesmo assim, os valores obtidos 
estão na margem de erro adequada o que comprova que a análise de circuitos retificadores foi eficiente. 
 
15 
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] NILSSON, J W.: RIEDEL, S A. Circuitos Elétricos. 8 ed. [S.I]: Pearson, 2009. 
 
[2] BOYLESTAD, R L.: NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11 ed. 
[S.I]: Pearson, 2013. 
PauLo RoBSoN
Máquina de escrever
Fonte das figuras não citada.