128 - eletrônica aplicada

128ELETRNICA APLICADA

Eletrnica

Aplicada

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EditoraAline Palhares

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Apresentao............................................................................................................. 8

Lio.1.-.SemicondutoresIntroduo................................................................................................................. 9

1..Materiais.Semicondutores.............................................................................. 92..Dopagem........................................................................................................... 92.1.Material.Semicondutor.Tipo.N............................................................... 102.2.Material.Semicondutor.Tipo.P............................................................... 11

3..Condutibilidade.dos.Materiais.Semicondutores......................................... 123.1.Temperatura............................................................................................. 123.2.Intensidade.da.Dopagem......................................................................... 12

Exerccios.Propostos............................................................................................... 13

Lio.2.-.Diodos.SemicondutoresIntroduo............................................................................................................... 15

1..Diodos.Retificadores...................................................................................... 151.1.Juno.PN................................................................................................. 151.2.Polarizao.do.Diodo.............................................................................. 161.3.Curva.Caracterstica................................................................................ 181.4.Teste.de.Diodos........................................................................................ 19

2..Diodo.Emissor.de.Luz..LED....................................................................... 203..Diodo.Zener................................................................................................... 213.1.Caractersticas.do.Diodo.Zener.............................................................. 21

4..Diodo.Varicap................................................................................................ 22Exerccios.Propostos............................................................................................... 23

Lio.3.-.RetificadoresIntroduo............................................................................................................... 27

1..Tipos.de.Retificadores................................................................................... 272..Diodos.Retificadores...................................................................................... 273..Retificao.de.Meia.Onda............................................................................. 283.1.Funcionamento.de.um.Retificador.de.Meia.Onda................................. 293.2.Tenso.e.Corrente.de.Sada.................................................................... 31

4..Retificador.de.Onda.Completa..................................................................... 324.1.Retificador.com.Derivao.Central........................................................ 324.2.Retificador.em.Ponte................................................................................ 37


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Lio.4.-.FiltrosIntroduo............................................................................................................... 43

1..Filtragem.em.Retificadores.de.Meia.Onda.................................................. 432..Filtragem.de.Onda.Completa....................................................................... 463..Tenso.Contnua.Mdia.nos.Retificadores.com.Filtro................................ 474..Determinao.do.Capacitor.de.Filtragem................................................... 485..Efeito.da.Filtragem.da.Combinao.Indutor-Capacitor............................ 495.1.Filtro.LC................................................................................................... 495.2.Filtro.RLC................................................................................................. 505.3.Filtro.CRC................................................................................................. 50


Lio.5.-.Reguladores.de.TensoIntroduo............................................................................................................... 55

1..Caractersticas.de.um.Regulador.de.Tenso............................................... 552..Diodo.Zener.como.Regulador.de.Tenso..................................................... 553..Reguladores.de.Tenso.Integrados............................................................... 583.1.Reguladores.de.Tenso.Fixa................................................................... 583.2.Reguladores.de.Tenso.Ajustveis......................................................... 59


Lio.6.-.TransistoresIntroduo............................................................................................................... 63

1..Um.Pouco.de.Histria................................................................................... 632..Transistor.de.Juno..................................................................................... 633..Estrutura........................................................................................................ 634..Simbologia..................................................................................................... 645..Funcionamento.............................................................................................. 656..Correntes.do.Transistor................................................................................ 677..Ganho.do.Transistor..................................................................................... 678..Polarizao..................................................................................................... 688.1.Corrente.de.Coletor-Base.com.Emissor.Aberto..................................... 688.2.Corrente.de.Coletor-Emissor.com.Base.Aberta..................................... 688.3.Polarizao.da.Base.por.Corrente.Constante........................................ 698.4.Polarizao.da.Base.por.Divisor.de.Tenso........................................... 71


Lio.7.-.Transistores.como.ChaveIntroduo............................................................................................................... 77

1..Estados.do.Transistor.................................................................................... 772..Funcionamento.do.Transistor.como.Chave................................................. 782.1.Escolha.do.Transistor.............................................................................. 792.2.Clculo.do.Resistor.Rb............................................................................ 79


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Lio.8.-.AmplificadoresIntroduo............................................................................................................... 83

1..Configurao.dos.Transistores..................................................................... 831.1.Configurao.Emissor-Comum............................................................... 831.2.Configurao.Base-Comum..................................................................... 841.3.Configurao.Coletor-Comum................................................................ 84

2..Amplificadores.de.Pequenos.Sinais............................................................. 842.1.Amplificao............................................................................................. 842.2.Sinal.Eltrico............................................................................................ 842.3.Amplificador.Emissor-Comum............................................................... 852.4.Amplificador.Coletor-Comum................................................................. 862.5.Amplificador.Base-Comum..................................................................... 87

3..Amplificadores.de.Potncia.......................................................................... 883.1.Classes.de.Amplificadores....................................................................... 88

4..Distoro.nos.Amplificadores....................................................................... 904.1.Distoro.Harmnica............................................................................... 904.2.Distoro.por.Cross-Over........................................................................ 904.3.Distoro.por.Intermodulao................................................................ 904.4.Distoro.em.Alto.Volume...................................................................... 90


Respostas.dos.Exerccios.Propostos...................................................................... 93

Bibliografia.............................................................................................................. 96

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Apresentao

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Neste.fascculo.iniciaremos.o.estudo.dos.materiais.semicondutores,.base.para.a.construo.de.diversos.componentes.eletrnicos..Dentre.esses.componentes,.podemos.destacar.os.diodos.retificadores,.os.diodos.especiais.e.os.transistores.

Veremos,.alm.do.funcionamento.desses.componentes,.algumas.apli-caes.para.eles,.como.por.exemplo.os.retificadores,.responsveis.pela.transformao.da.corrente.alternada.em.corrente.contnua.e.tambm.os.diversos.tipos.de.amplificadores.transistorizados.

Esta.etapa..muito.importante.para.voc.galgar.mais.um.degrau.neste.mundo.maravilhoso.da.eletrnica.

Bom.estudo!.

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Introduo

Nesta lio voc iniciar os estudos dosmateriais semicondutores, conhecendo seuprincpio de construo e comportamentoquando submetidos a uma tenso eltrica.

Para o bom aproveitamento desta lio, importante que voc recorde os conceitosbsicos sobre tomos, camada de valncia eeltrons livres.

1. Materiais Semicondutores

Os materiais semicondutores so aque-les que podem apresentar caractersticas deisolantes ou de condutores, dependendo daforma como se apresenta a sua estrutura qu-mica.

O carbono um exemplo tpico de mate-rial semicondutor, pois, dependendo da for-ma como os tomos esto arranjados, omaterial pode se tornar isolante (diamante)ou condutor (grafite).

Os materiais semicondutores so consti-tudos de tomos tetravalentes, ou seja, quepossuem 4 eltrons na ltima camada.

O silcio e o germnio so exemplos demateriais semicondutores.

Os tomos que possuem 4 eltrons na l-tima camada tendem a se agruparem segun-do uma forma cristalina. Neste tipo deformao, cada tomo se combina com outros,fazendo com que cada eltron da camada de

valncia pertena a dois tomos simultanea-mente. Esse tipo de ligao chamada de li-gao covalente (figura 1).

Um material com essa formao atmica altamente estvel e por isso isolante, j quetem bem amarrados todos os eltrons daltima rbita. Contudo, se esse material so-frer um aumento de temperatura, algumasligaes covalentes sero quebradas, fazen-do a condutibilidade do material aumentar.

2. Dopagem

A dopagem um processo qumico, rea-lizado em laboratrio, que tem a finalidadede colocar no interior da estrutura cristalinauma quantidade de impurezas para que ocristal se comporte conforme as condiesdesejadas.

Semicondutores

LigaocovalenteSi

Si Si Si

Si

Figura 1

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Nos cristais semicondutores (germnio e silcio) a dopagem feita para atribuir ao material uma certa condutibilidade eltrica.

2.1 Material Semicondutor Tipo N

Quando o processo de dopagem introduz na estrutura cristalinatomos pentavalentes (com 5 eltrons na ltima camada), uma novaestrutura formada, chamada de material semicondutor tipo N.

Um exemplo de tomo pentavalente o fsforo (P). Dos cinco el-trons da ltima camada do tomo de fsforo, apenas quatro encontra-ro um par para a formao das ligaes covalentes. O quinto eltron,no pertencendo a nenhuma ligao covalente, pode se libertar facil-mente do ncleo, tornando-se um portador livre de cargas eltricas.

Mesmo aps o processo de dopagem, a quantidade de prtons eeltrons permanece a mesma; portanto, o material eletricamenteneutro.

No material semicondutor tipo N os portadores de cargas el-tricas so os eltrons livres. O cristal tipo N conduz corrente el-trica, independentemente da polaridade da bateria.

Eltronlivre

Si

Si P Si

Si

Corrente eltrica

Vcc Vcc

Figura 2

Figura 3

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2.2 Material Semicondutor Tipo P

Caso a dopagem seja realizada com tomos trivalentes (com 3eltrons na ltima camada), uma nova estrutura formada, cha-mada de material semicondutor tipo P.

Um exemplo de tomo trivalente o ndio (In). Neste tipo dedopagem verifica-se a falta de um eltron para que os tomos te-travalentes se combinem. Essa falta de eltrons chama-se lacuna.Da mesma forma que no semicondutor tipo N, o nmero de prtonse eltrons permanece o mesmo; portanto, o semicondutor tipo P tambm eletricamente neutro.

A conduo da corrente eltrica nos semicondutores tipo P sed pela movimentao das lacunas; assim, os portadores de cargaseltricas no material tipo P so as lacunas.

A conduo de corrente eltrica no semicondutor tipo P nodepende da polaridade da fonte.

Lacuna

Si

Si In Si

Si

Corrente eltrica

Vcc Vcc

Figura 4

Figura 5

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Os materiais semicondutores tipo N e tipo P constituem a ma-tria-prima para a fabricao de componentes eletrnicos, taiscomo diodos, transistores e circuitos integrados.

3. Condutibilidade dos Materiais Semicondutores

Existem dois fatores que influenciam na condutibilidade dosmateriais semicondutores: a temperatura e a intensidade da dopa-gem.

3.1 Temperatura

Quando a temperatura em um material semicondutor aumen-ta, a energia trmica faz com que algumas ligaes covalentes sedesfaam, ocasionando o aparecimento de portadores livres deenergia.

Com um maior nmero de portadores livres, existe a possibili-dade de circulao de maiores correntes eltricas no cristal. Sendoassim, os materiais semicondutores apresentam uma caractersticachamada dependncia trmica, que influencia diretamente no com-portamento do componente eletrnico.

3.2 Intensidade da Dopagem

A conduo da corrente eltrica nos materiais semiconduto-res depende dos portadores livres de carga na estrutura cristalina.Portanto, a intensidade da dopagem influencia diretamente na con-dutibilidade do material.

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Exerccios Propostos

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1 - Silcio e germnio so exemplos de materiais:( ) a) isolantes;( ) b) semicondutores;( ) c) condutores;( ) d) todas as alternativas esto corretas;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

2 - Os tomos dos materiais semicondutores possuem na ltima camada:( ) a) 5 eltrons;( ) b) 3 eltrons;( ) c) 6 eltrons;( ) d) 4 eltrons;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

3 - Dopagem um processo para:( ) a) atribuir uma certa condutibilidade ao material semicondutor;( ) b) tornar o material semicondutor um isolante perfeito;( ) c) retirar eltrons do material semicondutor;( ) d) carregar positivamente o material semicondutor;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

4 - O material semicondutor tipo N:( ) a) foi dopado com tomos trivalentes;( ) b) foi dopado com tomos tetravalentes;( ) c) foi dopado com tomos pentavalentes;( ) d) no foi dopado com nenhum tomo;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

5 - O material semicondutor tipo P:( ) a) foi dopado com tomos trivalentes;( ) b) foi dopado com tomos tetravalentes;( ) c) foi dopado com tomos pentavalentes;( ) d) no foi dopado com nenhum tomo;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

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6 - Os portadores de cargas eltricas nos materiais semicondutores tipo N so:( ) a) eltrons livres;( ) b) lacunas;( ) c) prtons;( ) d) nutrons;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

7 - Os portadores de cargas eltricas nos materiais semicondutores tipo P so:( ) a) eltrons livres;( ) b) lacunas;( ) c) prtons;( ) d) nutrons;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

8 - Os fatores que influenciam na condutibilidade de um material semicondutor so:( ) a) temperatura;( ) b) intensidade da dopagem;( ) c) polaridade da bateria;( ) d) as alternativas (a) e (b) esto corretas;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

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Introduo

Nesta lio voc ir estudar os diodos se-micondutores, diodos zener, diodos emissoresde luz e varicap, que so componentes cons-trudos a partir dos materiais semiconduto-res. Nosso objetivo que voc compreenda aforma correta de aplicar esses componentesnos circuitos eletrnicos, respeitando suas li-mitaes eltricas.

Para melhor entendimento desta lio, importante a assimilao dos conceitos demateriais semicondutores.

1. Diodos Retificadores

1.1 Juno PN

A juno de um material semicondutor tipoN com um material tipo P denominada jun-o PN, estrutura bsica para muitos compo-nentes eletrnicos como o diodo retificador.

Aps a juno dos dois materiais ocorre umprocesso de recombinao na regio da juno.Os eltrons da regio N tendem a se difundi-rem para a regio P. Forma-se ento, na jun-o, uma regio onde no existem portadoresde carga, chamada de regio de depleo.

Tanto o cristal N quanto o cristal P soeletricamente neutros, ou seja, possuem omesmo nmero de prtons e eltrons. Porcausa da recombinao na regio da junoocorre um desequilbrio de cargas eltricasnos cristais, surgindo ento uma ddp (dife-rena de potencial tenso eltrica) nesta re-gio, chamada de barreira de potencial.

A tenso gerada por esse desequilbriodepende do material semicondutor utilizado.No caso do silcio a tenso de aproximada-mente 0,7 V e do germnio 0,3 V.

Acrescentando-se terminais de ligaoaos cristais N e P, forma-se ento um diodoretificador. Esses terminais so chamados denodo (cristal P) e ctodo (cristal N).

Obs.: no possvel medir a barreira de po-tencial nos terminais do diodo, pois estatenso existe apenas na regio da juno.

Segundo a norma NBR 12526, o smbolodo diodo o mostrado na figura 9.

DiodosSemicondutores

Regio de depleo

PA

nodo

NK

Ctodo

A KFigura 7

Figura 8

Figura 9

P N

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Outras formas de representao tambm podem ser encontra-das (figura 10).

A identificao dos terminais do diodo pode aparecer por meiodo smbolo impresso sobre o seu encapsulamento, ou um anel indi-cando o terminal ctodo (figura 11).

Existem diferentes tipos de encapsulamentos para os diodos,determinados por suas aplicaes e caractersticas eltricas.

1.2 Polarizao do Diodo

O comportamento do diodo depende de como a tenso aplica-da aos seus terminais, ou seja, depende da sua polarizao.

1.2.1 Polarizao Direta

A polarizao direta quando um potencial positivo aplica-do no nodo, em relao ao ctodo.

Na polarizao direta, o plo negativo da bateria faz com queos eltrons livres do cristal N sejam repelidos em direo regioda juno. Se a tenso aplicada aos terminais do diodo for superior

A K A K

A K

A K

A K nodo Ctodo

Figura 10

Figura 11

Figura 12

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barreira de potencial (0,7 V Si, 0,3 V Ge), os eltrons livres adqui-rem velocidade suficiente para atravessar a regio de deplexo.

A partir da os eltrons se recombinam com as lacunas do ma-terial P. Esses eltrons, por sua vez, so atrados pelo plo positivoda fonte, originando um fluxo de corrente eltrica.

Obs.: para melhor entendimento, essa anlise foi feita levando-se em considerao o sentido real da corrente eltrica, do plonegativo para o plo positivo.

O diodo em conduo comporta-se como uma chave fechada,permitindo a passagem da corrente eltrica.

A barreira de potencial faz com que, na polarizao direta,aparea nos terminais do diodo uma queda de tenso. Na maioriados casos o diodo utilizado com tenses maiores que 0,7 V, por-tanto, a queda de tenso no provoca erros significativos nos cir-cuitos.

1.2.2 Polarizao Reversa

A polarizao reversa caracteriza-se pela aplicao de um po-tencial positivo no ctodo em relao ao nodo.

V

I

Lmpadaacesa

A K

Figura 13

Figura 14

P NCpia

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Neste tipo de polarizao os portadores livres de cada materi-al semicondutor so atrados pelos plos da fonte. Com o afasta-mento dos portadores livres da regio da juno, a regio dedepleo aumenta, impedindo o fluxo da corrente eltrica. Nestecaso, o diodo est em bloqueio.

Um diodo em bloqueio comporta-se como uma chave aberta,no permitindo a passagem da corrente eltrica.

Na polarizao reversa uma pequena corrente, chamada de cor-rente de fuga, circula pelo diodo. Em condies normais a correntede fuga no interfere no funcionamento dos diodos. Seu valor estna casa dos microampres.

1.3 Curva Caracterstica

O comportamento do diodo pode ser representado por meio dasua curva caracterstica (figura 16).

I

Lmpadaapagada

Vr

Id

Ir

Vd

Corrente direta

Tenso da barreira depotncia

Tensoreversa

Id = corrente direta de conduoIr = corrente reversa de bloqueioVd = tenso direta de conduoVr = tenso reversa de bloqueio

Figura 15

Figura 16

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O diodo possui caractersticas eltricas que devem ser obser-vadas quando da sua aplicao:

Corrente direta nominal - If (Intensity forward) Essa caracters-tica representa o valor mximo de corrente que o diodo suporta,quando polarizado diretamente.

Tenso reversa mxima - Vr (Voltage reverse) a tenso mxi-ma que o diodo suporta quando polarizado reversamente.

Essas caractersticas variam para cada tipo de diodo e so for-necidas pelo fabricante. Esses valores, quando superados, causamdanos irreversveis ao componente como a queima ou o rompimentoda juno por efeito joule.

1.4 Teste de Diodos

A maioria dos multmetros digitais possui, na chave seletora,uma posio para teste de diodos. Nela verifica-se o estado dajuno.

Se o multmetro apresentar essas leituras, significa que o dio-do est em boas condies.

Obs.: os valores indicados pelo multmetro na polarizao diretavariam em funo do diodo utilizado.

Indica quedade tenso (0,666 V)

Indica circuitoaberto

Polarizao direta Polarizao reversa

Figura 17Cpia

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Com um multmetro analgico tambm possvel testar diodos. Na escala de resistn-cias x10 o instrumento indica baixa resistn-cia para polarizao direta e alta resistnciapara polarizao reversa.

2. Diodo Emissor de Luz - LED

O LED um diodo feito com arsenieto deglio (GaAs), de modo que a corrente, ao cir-cular no sentido direto pelos cristais, promovetransies eletrnicas diretas, resultado naemisso de ftons (luz). Esta luz pode terdiferentes comprimentos de onda, respons-veis pelas diferentes cores emitidas pelosLEDs.

Dentre as cores mais comuns dos LEDsdestacamos o vermelho, o verde, o amarelo eo infravermelho (usado em controles remo-tos).

O LED utilizado como dispositivo desinalizao e suas vantagens so enormes emrelao s lmpadas:

baixo custo;

baixo consumo de energia;

baixa dissipao de calor;

alta durabilidade.

A figura 18 mostra o smbolo do LED.

Para que o LED possa emitir luz, ele deveser polarizado diretamente e a corrente li-mitada em aproximadamente 20 mA.

Quando polarizado reversamente, o diodoLED no emite luz e, quando polarizado dire-tamente, a queda de tenso no LED de, apro-ximadamente, 1,6 volts.

A figura 19 mostra um LED polarizadodiretamente.

A frmula para o clculo do resistor li-mitador do LED :

Onde:

Vcc: tenso com a qual o LED seralimentado

Vd: queda de tenso do LED(valor tpico: 1,6 V)

Id: corrente do LED (mx. 20 mA)

Os LEDs podem ser encontrados em v-rios formatos (figura 20).

Figura 20

K A K A K A

R

+

-

Figura 19

R =Vcc - Vd

Id

I

A K

Figura 18Cpia

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3. Diodo Zener

O diodo zener um diodo especial utili-zado como regulador de tenso. Seu smbolo,de acordo com a NBR 12526/92, mostradona figura 21.

Outras formas de representao podemser utilizadas (figura 22).

O funcionamento do diodo zener depen-de da forma como ele polarizado:

na polarizao direta, o diodo zener se com-porta da mesma forma que um diodo reti-ficador, entrando em conduo;

na polarizao reversa, o diodo zener atuacomo regulador de tenso; ao atingir a re-gio de avalanche, a tenso sobre os termi-nais do zener permanece praticamenteconstante, fazendo o diodo entrar em con-duo.

O grau de dopagem e o tamanho do cris-tal do diodo zener definem a tenso zener e acorrente reversa mxima.

3.1 Caractersticas do Diodo Zener

Tenso zener (Vz) o valor de tenso noqual o diodo zener entra em conduo, quan-do polarizado reversamente. Os valores datenso zener so fornecidos pelo fabricante

e podem ser consultados nos catlogos tcni-cos (data books) .

Potncia zener (Pz) a potncia que o ze-ner dissipa, quando percorrido por uma cor-rente reversa. Seu valor expresso pelafrmula:

Onde:

Pz: potncia zener

Iz: corrente zener

Vz: tenso zener

No mercado so comuns diodos zener compotncias de 400 mW e 1 W.

Coeficiente de temperatura (mV/C) - Os ma-teriais semicondutores sofrem influncia datemperatura, por isso a tenso zener se mo-difica com a variao da temperatura. A re-lao entre a temperatura e a tenso zener definida em mV/C , ou seja, em quantos mi-livolts a tenso zener se altera para cada graucentgrado alterado. Dependendo do proces-so de fabricao, o diodo zener pode apre-sentar coeficiente de temperatura negativo(a tenso zener abaixa com o aumento da tem-peratura) ou coeficiente de temperatuta po-sitivo (a tenso zener aumenta com o aumentoda temperatura).

Tolerncia A tolerncia a variao da ten-so zener em relao quela especificada pelofabricante. Situa-se entre 5% e 10%.

Corrente zener mxima (Iz mx.) o valormximo de corrente que o diodo zener su-porta, quando em conduo, na polarizaoreversa. Seu valor dado pela frmula:

A K

A K A K

Figura 21

Figura 22

Pz = Iz ..... Vz

Iz mx =PzVz

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Por questo de segurana no aconselhvel que a corrente nozener chegue a 70% do seu valor mximo.

Corrente zener mnima (Iz mn.) o valor mnimo de correntenecessrio para que o zener mantenha estvel a tenso nos seusterminais. Seu valor dado pela frmula:

Iz mn. deve ser 10% de Iz mx.

4. Diodo Varicap

O diodo varicap um diodo de capacitncia varivel, utilizadonos circuitos sintonizadores. Seu princpio de funcionamento ba-seia-se na capacitncia produzida por uma juno PN, quando pola-rizada reversamente.

Conforme estudado nos diodos semicondutores, ao polarizaruma juno PN reversamente, a regio de depleo aumenta deacordo com a tenso reversa aplicada.

O valor da capacitncia apresentada pelo diodo varicap de-pende do valor dessa tenso reversa. Comparando-se com um ca-pacitor varivel convencional, como se as placas estivessem seafastando, ou seja, a capacitncia diminuindo. O smbolo do diodovaricap mostrado na figura 24.

O diodo varicap substitui com vantagens os capacitores vari-veis, pois apresenta um custo menor e um tamanho reduzido.

P N

A capacidade apresentada pelo dispositivodepende da distncia entre as duas regies

A K

Iz mn =Iz mx

10

Figura 23

Figura 24

Cpia

no a

uto

riza

da. Rese

rvados

todos

os

direitos

auto

rais.



Exerccios Propostos

128/23

1 - O diodo retificador formado pela:( ) a) juno de dois materiais tipo N;( ) b) juno de um material tipo P e um material tipo N;( ) c) juno de dois materiais tipo P;( ) d) as alternativas A e C esto corretas;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

2 - Os terminais do diodo retificador so:( ) a) nodo e coletor;( ) b) ctodo e base;( ) c) emissor e nodo;( ) d) nodo e ctodo;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

3 - Barreira de potencial :( ) a) uma ddp que surge na regio da juno;( ) b) uma ddp que surge nos terminais do componente;( ) c) a tenso mxima na qual o diodo pode funcionar;( ) d) a tenso que surge no material tipo P;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

4 - Desenhe o smbolo do diodo e coloque a identificao dos seus terminais.

5 - Quais so os tipos de polarizaes possveis no diodo?......................................................................................................................................................................................................................................................................................

Cpia

no a

uto

riza

da. Rese

rvados

todos

os

direitos

auto

rais.



128/24

Instituto Monitor

6 - Desenhe um diodo e uma bateria de forma que o diodo fique polarizado direta-mente.

7 - Desenhe um diodo e uma bateria de forma que o diodo fique polarizadoreversamente.

8 - Qual o tipo de polarizao em que o diodo se comporta como uma chave fechada,deixando a corrente passar?

.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

9 - Qual o tipo de polarizao em que o diodo se comporta como uma chave aberta,bloqueando a corrente eltrica?

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

10 - Quais so as caractersticas eltricas que devem ser consideradas na escolha dodiodo?

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

Cpia

no a

uto

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todos

os

direitos

auto

rais.



128/25

Instituto Monitor

11 - Como deve ser polarizado um LED para acender?..........................................................................................................................................................................................................................................................................................

12 - Calcule o valor do resistor limitador de corrente para um LED alimentadoem 15 Vcc.

13 - A aplicao mais adequada para o diodo zener como:( ) a) retificador;( ) b) regulador de tenso;( ) c) amplificador;( ) d) limitador de corrente;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

14 - Desenhe o smbolo do diodo zener, indicando o nome dos seus terminais.

15 - Qual o tipo de polarizao utilizada no diodo zener para que ele funcione comoregulador de tenso?

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

16 - Associe as colunas:

( a ) Tenso zener ( ) Variao da tenso zener em relao temperatura

( b ) Tolerncia ( ) Variao da tenso zener especificada pelo fabricante

( c ) Coeficiente de ( ) Produto da tenso zener pela corrente zenertemperatura

( d ) Potncia zener( ) Valor de tenso em que o zener entra em conduo na

polarizao reversa

Cpia

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Instituto Monitor

17 - Calcule a corrente Iz mx. e Iz mn. dos diodos abaixo:

a) 12 V . 1 W Iz mx. = __________ Iz mn. = __________

b) 6,8 V . 400 mW Iz mx. = __________ Iz mn. = __________

c) 24 V . 1 W Iz mx. = __________ Iz mn. = __________

d) 10 V . 1 W Iz mx. = __________ Iz mn. = __________

e) 18 V . 400 mW Iz mx. = __________ Iz mn. = __________

18 - Como deve ser a polarizao do diodo varicap?........................................................................................................................................................................................................................................................................................

Cpia

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3lio

lio

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Introduo

Nesta lio voc ir estudar o funciona-mento dos circuitos retificadores, usados natransformao da corrente alternada em cor-rente contnua. Para um bom aproveitamen-to da lio, recomendamos que voc relembreos conceitos dos diodos retificadores, apre-sentados na lio 2.

1. Tipos de Retificadores

Existem basicamente dois tipos de retifi-cadores: o de meia onda e o de onda completa.Esses circuitos so utilizados na transforma-o de onda senoidal em onda contnua.

A necessidade desses circuitos surgiudevido ao fato de a maioria dos circuitos ele-trnicos funcionarem com tenso contnua.

Neste tpico discutiremos como reali-zada a transformao de tenso alternadapara tenso contnua e ainda incluiremos osfiltros, que complementam este assunto.

2. Diodos Retificadores

Na lio 2 mostramos o funcionamento eprincipais caractersticas de um diodo, que um dispositivo utilizado na retificao demeia onda e onda completa.

A figura 25 mostra o smbolo do diodo se-micondutor. Observe que a parte do smboloem forma de seta aponta no sentido convencio-nal da corrente. O smbolo do diodo semicon-dutor tem a seta apontada para a regio N.

Lembramos ainda que um diodo consi-derado como ideal pode trabalhar diretamen-te polarizado ou reversamente polarizado.

A polarizao direta faz com que o dio-do permita a circulao de corrente eltricano circuito, enquanto a polarizao reversafaz com que o diodo entre em bloqueio, nopermitindo a circulao de corrente no cir-cuito.

Retificadores

nodo Ctodo

Figura 25 - Smbolo de diodo

Polarizao direta (diodo em conduo)

Polarizao reversa (diodo em bloqueio)

Figura 26

Cpia

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3. Retificao de Meia Onda

Quando desejamos transformar a tenso alternada em tensocontnua, denominamos esse processo de retificao.

A principal funo de um retificador permitir que um equi-pamento eletrnico possa ser alimentado a partir da rede eltricaCA.

Na retificao de meia onda aproveita-se apenas meio ciclo detenso de entrada (um semiciclo) na carga, como mostra a figura 27.

Obs.: neste semiciclo o diodo retificador est polarizado direta-mente, portanto ocorrer a conduo de corrente e a tenso deentrada aparecer na carga. Observe na figura 28 o que ocorrerno semiciclo negativo.

Neste semiciclo o diodo retificador estar polarizado reversa-mente, portanto ocorrer o bloqueio de corrente e a tenso noaparecer na carga RL. Como voc pode perceber, o diodo retifi-

1 Semiciclo

1 Ciclo

180o 360o0o+

-

RL

180o 360o0o

+RL

+-

Figura 27

Figura 28

Tenso (V)

Tenso (V)

Perodo

Perodo

-

Cpia

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cador, quando polarizado em tenso CA, s conduz corrente quandoest polarizado diretamente, ou seja, somente no semiciclo positi-vo da senide.

3.1 Funcionamento de um Retificador de Meia Onda

Tomando-se como referncia o circuito retificador da figura29, vamos analisar o seu funcionamento aplicando uma tenso CAnos terminais A e B do circuito.

No primeiro semiciclo da tenso alternada, de 0 a 180o, a en-trada A ser positiva em relao a B, portanto, o diodo D1 estarpolarizado diretamente, permitindo a circulao de corrente.

A tenso na carga RL ser a tenso de entrada subtrada datenso no diodo D1 (0,7 V para o diodo de silcio ou 0,3 V para diodode germnio).

VRL = Ventrada Vdiodo

O prximo semiciclo o negativo, que ocorre de 180o a 360o.Nessa condio, a entrada A estar negativa em relao entradaB, ou seja, o diodo D1 estar polarizado reversamente e bloqueara passagem de corrente.

RL

D1A

B

180o0o+

-

RL360o

+ -

A

B

D1

Figura 29

Figura 30

Tenso (V)

Perodo

Perodo

Tenso (V)

180o 360o

Perodo180o

Tenso (V)

0

0o

Cpia

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importante frisar que estamos considerando um diodo ideal,que no tem corrente de fuga quando polarizado reversamente.Tratando-se de um diodo real, ao ser polarizado reversamente,ocorre o aparecimento de uma pequena corrente de fuga, da ordemde alguns microampres, que at aqui vnhamos desconsiderando.

Para este tipo de retificador, se forem considerados vrios semici-clos, a forma de onda resultante de corrente e tenso na carga RL,desprezando-se a corrente de fuga, ser como a mostrada na figura 32.

Observe que somente um dos semiciclos de um ciclo completopassa para a carga RL. O semiciclo negativo aparece sobre o diodo,como mostra a figura 33.

+

-

RL

+ -

A

B

D1

Diodoconduz

Diodobloqueia

Figura 31

Figura 32

180o 360o/0o

180o 360o 0

Tenso (V)

Perodo Perodo

Tenso (V)

180o

360o/0o 180o 360o/0o 180o Perodo

V. entrada

V. na carga

V. no diodo

Figura 33

Perodo

Perodo

Perodo

queda de tenso no diodo (0,7 V)

1 2 3 4 5

Situaoes 1, 3 e 5 diodo conduzindo.Situaoes 2 e 4 diodo bloqueado.

Cpia

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As formas de ondas mostram que a tenso na carga contnuae pulsante, pois sempre flui no mesmo sentido, no mais alternandoem semiciclos positivos e negativos.

Esse tipo de retificador apresenta alguns inconvenientes, taiscomo:

a tenso de sada pulsante, o que difere de uma tenso contnuapura, limitando assim suas aplicaes;

o rendimento de tenso de sada baixo em relao tenso efi-caz de entrada; esse rendimento prximo de 50% da tenso deentrada eficaz.

N = 0,45 . VCA eficaz

3.2 Tenso e Corrente de Sada

Na retificao de meia onda, como j foi dito, tanto a tensocomo a corrente de sada so pulsantes. Isto implica que na sadaalternam-se perodos de existncia e inexistncia de tenso e cor-rente sobre a carga.

Ao se efetuar a medio de tenso e corrente desses circuitos,o multmetro indicar os valores de tenso e corrente mdia desada.

V

T

VI

Valor de Ve I mdia

Figura 34

Figura 35

T

Cpia

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VD1

Referncia

D2

V

TV sada

-

+

Para se calcular os valores de tenso e corrente mdia so uti-lizadas as seguintes equaes:

Tenso contnua mdia na sada

Corrente contnua mdia na sada

Onde:

Vcc: tenso contnua mdia na sada;

Vcap: tenso de entrada de pico;

Vd: queda de tenso do diodo (0,7 V ou 0,3 V);

Icc: corrente contnua mdia na sada.

Obs.: os clculos de tenso e corrente mdia so importantes paraa determinao da escolha do diodo retificador ideal para o cir-cuito.

4. Retificador de Onda Completa

O retificador de onda completa um tipo de circuito que for-nece uma tenso contnua mdia de melhor qualidade na sada.Nesse processo de converso de corrente alternada para correntecontnua so aproveitados os dois semiciclos da tenso de entrada,o que melhora sensivelmente o rendimento do circuito, fornecen-do sada quase que a totalidade da tenso de entrada do circuito.

Existem dois tipos de retificadores de onda completa: retificadorcom transformador com derivao central e retificador em ponte.

4.1 Retificador com Derivao Central

Este retificador utiliza dois diodos retificadores e um trans-formador com derivao central, tambm chamado de Center Tap.

Obs.: referncia = zero volts

Vcc =Vcap Vd-

Icc =VccRL

Figura 36

Perodo

Cpia

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Ao analisar o funcionamento desse circuito, observa-se que atenso no secundrio do transformador estar invertendo a polari-dade constantemente, devido tenso senoidal de entrada. Por-tanto, no circuito, cada semiciclo polariza diretamente um dosdiodos, levando-o conduo.

Fazendo uma anlise separada dos semiciclos da tenso de en-trada, ser muito fcil compreender o funcionamento desse tipode retificador.

importante ainda ressaltar que a derivao central deve es-tar localizada exatamente na metade do nmero de espiras do se-cundrio do transformador, garantindo que as tenses nos diodosD1 e D2 sejam de mesmo valor.

4.1.1 Primeiro Semiciclo

Considerando o primeiro semiciclo como positivo, ocorrer apolarizao direta do diodo D1, fazendo-o conduzir corrente, en-quanto que o diodo D2 estar polarizado reversamente, entrandoem bloqueio.

Nesta condio, nota-se o diodo D1 conduzindo corrente atra-vs da carga RL do terminal positivo para o terminal de refernciado transformador (derivao central). A tenso na sada ser:

Vcc sada = Vcap - Vd

4.1.2 Segundo Semiciclo

No semiciclo seguinte - o negativo - ocorre a inverso de pola-ridade no secundrio do transformador; com isso, o diodo D2 esta-r polarizado diretamente, conduzindo corrente, enquanto que odiodo D1 estar polarizado reversamente, entrando em bloqueio.

V

D1

D2

OV

RL

VRL

D1

Figura 37

no primeiro semiciclo

PerodoPerodo

Cpia

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A corrente agora fluir pelo diodo D2, atravs da carga RL, para oterminal de referncia do transformador.

Analisando a forma de onda na carga aps vrios semiciclos,nota-se que este tipo de retificador chamado de retificador deonda completa pelo fato de entregar carga os dois semiciclos dasenide de entrada.

Diodo D1 semiciclo positivo para carga RL

Diodo D2 semiciclo negativo para carga RL

4.1.3 Clculo de Tenso Contnua Mdia na Carga

Para valores de tenso de entrada acima de 10 VCA, podemosdesconsiderar o valor referente queda de tenso causada pelosdiodos (0,7 V para o silcio e 0,3 V para o germnio), pois essa quedade tenso no ser relevante no clculo dos valores finais de tenso.

V

OV

RL

VRL

D2-

+

--

+

Figura 38

Perodo

D1

D2

Perodo

D1 conduz

V

V. entrada

VRL por D2

VRL Total

VRL por D1

D2 conduz

D1 D2 D1 D2 D1 D2

Figura 39

Perodo

Perodo

Perodo

PerodoCpia

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Portanto, para se determinar a tenso contnua mdia na car-ga, usaremos a seguinte equao:

Pela equao apresentada, percebe-se que neste tipo de reti-ficador h o aproveitamento de aproximadamente 90% da energiade entrada do circuito.

4.1.4 Clculo da Corrente Contnua Mdia na Carga

O valor da corrente contnua mdia na carga est em funo datenso contnua mdia determinada pela equao anterior. Por-tanto, para se determinar a corrente a frmula ser:

Damos a seguir dois exemplos de clculo da tenso e correntecontnua mdia na carga (Vcc e Icc) para retificadores de onda com-pleta.

Exemplo 1:

Vcc = Vcaeficaz ..... 0,9Vcc = 24 ..... 0,9Vcc = 21,6 VTenso contnua mdia na carga = 21,6 V

D124VCA

24VCA

D2

RL = 600

Tenso deentrada(VCA)

Icc =Vcc

RL

Figura 40

Para tenses deentrada acima de 10 VVcc = Vcaeficaz 0,9 .....

Cpia

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Icc = VccRL

Icc = 21,6 V600

Icc = 0,036 ou 36 mA

Icc = 36 mA

Corrente contnua mdia na carga = 36 mA

Exemplo 2: consideraremos a tenses de entrada menor que 10 VCA,portanto, sero consideradas as quedas de tenso nos diodos.

Para este caso, onde a tenso de entrada menor que 10 VCA,aplicam-se as seguintes equaes:

Vcc = 2 ..... (Vcap Vd)

Vcap = Vca ..... 1,414

Vcap = 6 ..... 1,414

Vcap = 8,48 V

Tenso de pico de entrada = 8,48 V

Considerando o circuito com diodos de silcio, teremos:

Vcc = 2 ..... (8,48 V 0,7 V)

Vcc = 2 ..... 7,78V

3,14

Vcc = 4,95 V

6VCAD2

6VCA

D1

RL = 470

Tenso deentrada(VCA) OV

Figura 41

Vcap = Tenso alternada de pico

Cpia

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Tenso contnua mdia na carga = 4,95 V

Icc = VccRL

Icc = 4,95 V470

Icc = 0,01 A ou 10 mA

Icc = 10 mA

Corrente contnua mdia na carga = 10 mA

4.2 Retificador em Ponte

Uma outra maneira de se conseguir a retificao de onda com-pleta por meio do retificador em ponte. Ao se utilizar este modelode retificador, no de fundamental importncia o uso do transfor-mador, que s utilizado em caso de adequao da tenso de entra-da (elevar ou baixar a tenso de entrada); ainda no caso do uso dotransformador, este no necessita de derivao central (Center Tap).

Este tipo de retificador, que o modelo mais utilizado, tam-bm conhecido como ponte retificadora, sendo encontrado vendamontado em um nico bloco.

Na retificao em ponte so utilizados quatro diodos e o funcio-namento facilmente compreendido, pois baseia-se na conduode corrente por dois diodos em cada semiciclo. A explicao nova-mente ser dada analisando-se separadamente os semiciclos posi-tivo e negativo da tenso de entrada.

4.2.1 Semiciclo Positivo

Considerando o primeiro semiciclo e a tenso positiva no ter-minal de entrada superior do circuito, temos:

D1D2

D4D3

Vca

RL

Figura 42

D1D2

D4D3

VRL

D1 e D3

D1 e D3

Figura 43conduzem

V

T

RL

T

Cpia

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Nesta condio, os diodos D1 e D3 esto polarizados direta-mente, conduzindo corrente atravs da carga RL, enquanto que osdiodos D2 e D4 esto polarizados reversamente, bloqueando a pas-sagem de corrente.

4.2.2 Semiciclo Negativo

No semiciclo negativo a tenso positiva estar no terminal in-ferior do circuito devido inverso da polaridade da tenso de en-trada.

A inverso de polaridade faz com que os diodos D2 e D4 este-jam polarizados diretamente, conduzindo corrente atravs da car-ga RL, enquanto os diodos D1 e D3 ficam com polaridade reversa,bloqueando a passagem de corrente.

importante observar que a retificao em ponte entrega carga os dois semiciclos, como acontece na retificao de onda com-pleta com derivao central.

A ponte retificadora pode ainda ser representada simbolica-mente de forma simplificada, conforme mostra a figura 46.

D1D2

D4D3

VRL

D1 D3RL

D2 D4

D1 D3

Tenso deentrada

D2 D4 D1 D3 D2 D4Tenso nacarga RL

T

Figura 44

Figura 45

V

T

T

V

TCpia

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4.2.3 Clculo de Tenso

Contnua Mdia na Sada

Para se calcular a tenso contnua mdiade sada necessrio considerar que cadasemiciclo aparece na sada devido condu-o simultnea de dois diodos, o que leva aduas quedas de tenses (0,7 V ou 0,3 V). Destaforma, a tenso de sada ser menor que a ten-so de entrada em 1,4 V ou 0,6 V (duas vezesa queda de tenso do diodo de silcio ou dodiodo de germnio).

Portanto, para se calcular a tenso con-tnua mdia na sada, teremos a seguinteequao:

Vcc = 2 ..... (Vcap Vd)

Para tenses acima de 20 Vca, desconsi-deram-se as quedas de tenses nos diodos, poispouco influenciaro no valor final da tensode sada, resultando na seguinte equao:

Vcc = Vcaeficaz ..... 0,9

4.2.4 Clculo da Corrente

Contnua Mdia na Sada

Para o clculo da corrente vamos utilizara mesma equao da retificao de onda com-pleta com derivao central.

Icc = VccRL

Desenvolvemos a seguir um exemplo declculo de tenso e corrente contnua mdiana sada para uma ponte retificadora.

Considerando para o circuito que os dio-dos retificadores so de silcio, teremos:

Vcc = 2 ..... Vcap 2Vd

Tenso naentrada

VRL VRL = Ventrada - 2 Vdiodo

RL = 1K

12 Vca

Figura 46

Figura 47

Figura 48

V

V

T

Tensona carga

T

Cpia

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Onde:

Vcap = Vca . 1,414

Vcap = 12 V . 1,414

Vcap = 16,97 V

Ento:

Vcc = 2. (16,97 V) 2 (0,7 V)

Vcc = 10,36 V

Icc = VccRL

Icc = 10,36 V1000

Icc = 0,01036A ou 10,36 mA

Anotaes e dicas

Cpia

no a

uto

riza

da. Rese

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os

direitos

auto

rais.



Exerccios Propostos

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1 - o componente que tem como funo atuar como retificador:( ) a) capacitor;( ) b) transformador;( ) c) diodo;( ) d) transistor;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

2 - Nome dado ao processo de transformao de tenso alternada em tenso contnua:( ) a) polarizao;( ) b) retificao;( ) c) induo;( ) d) filtragem;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

3 - Qual o nome do retificador onde so aproveitados na sada os dois semiciclos daentrada?

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

4 - Qual o nome do retificador onde aproveitado na sada apenas um dossemiciclos da entrada?

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

5 - Qual o nmero de diodos que um retificador em ponte utiliza?( ) a) 1( ) b) 2( ) c) 5( ) d) 4( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

6 - Explique em poucas palavras o que retificao.......................................................................................................................................................................................................................................................................................

Cpia

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7 - Qual o nome dado ao retificador mais simples, que tem suas aplicaes limitadasdevido grande ondulao de sada?

..........................................................................................................................................

..........................................................................................................................................

8 - Considerando um retificador de meia onda que est sendo alimentado por umafonte de 24 Vca, qual a tenso contnua de sada?

9 - Considerando um retificador de onda completa para o exerccio anterior, qual atenso contnua de sada?

Cpia

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4lio

lio

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Introduo

Nesta lio voc estudar os filtros usados nos circuitos retifi-cadores, necessrios para transformar a tenso contnua pulsanteem tenso contnua pura.

Como j vimos, nos retificadores de meia onda e onda comple-ta, a tenso contnua mdia na sada gerada por esses circuitos pulsante, o que limita suas aplicaes, pois a grande maioria dosequipamentos eletrnicos necessitam tenses contnuas puras.Devido a este agravante, os retificadores convencionais possuemuma aplicao limitada, tais como freio eletromagnticos em motoreseltricos, carregadores de baterias, etc.

Para aproximar o sinal de tenso retificada por um retificadora uma tenso contnua pura, necessitamos acrescentar um filtro aocircuito retificador.

1. Filtragem em Retificadores de Meia Onda

A forma mais simples de filtragem a que utiliza um capacitorem paralelo com a carga que se est alimentando, como mostra afigura 49.

Filtros

D1

Vca C1 (filtro) RL

Figura 49

Cpia

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128/44

Este retificador de meia onda ter sua tenso contnua de sa-da muito prxima de uma tenso contnua pura, devido colocaodo capacitor em paralelo com a carga.

Para a perfeita compreenso do processo de filtragem realiza-do pelo capacitor, analisaremos o circuito da figura 51. Durante oprimeiro semiciclo, o terminal superior de entrada do circuito po-sitivo, portanto o diodo D1 conduz, pois est polarizado diretamen-te, fazendo a corrente circular atravs da carga e tambm para ocapacitor que armazenar a energia em suas placas.

Durante o primeiro semiciclo, o terminal superior de entradado circuito positivo; portanto, o diodo D1 conduz, pois est pola-rizado diretamente, fazendo a corrente circular atravs da cargae tambm para o capacitor, que armazenar a energia em suasplacas.

VRL

Tenso na carga sem o capacitor T

VRL

Tenso na carga com o capacitor T

D1Vca

C1 RL

Figura 50

Figura 51

T

Cpia

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direitos

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Aps o capacitor se carregar com a tenso de pico da fonte, odiodo pra de conduzir.

No ponto em que a tenso de entrada atinge seu valor mximo,o capacitor estar com a tenso de pico armazenada em suas pla-cas. A partir desse ponto, ento, a carga comear a receber a ener-gia armazenada no capacitor, pois o diodo est bloqueando apassagem de corrente. O capacitor permanecer em descarga nointervalo em que o diodo D1 estiver em bloqueio.

Vca

-

+

D1

C1RL++ ++

-- --

Capacitor em descarga Figura 54

T

A partir desse ponto: diodo em corte

D1Vca

C1RL++

+ ++ ++

-- --

+

-

Figura 53

T

Vca

T

At Vca pico o capacitorest recebendo carga e

ainda conduz

Figura 52

Cpia

no a

uto

riza

da. Rese

rvados

todos

os

direitos

auto

rais.



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importante observar que, com a colocao do capacitor, acarga recebe tenso durante todo o ciclo, aumentando o valor detenso contnua mdia na carga.

Observe a figura 55 e faa a comparao entre um retificadorsem filtro e outro com filtro.

Este retificador com filtro que apresentamos, composto de umnico capacitor, no capaz de reduzir significativamente a ondu-lao da tenso, a no ser que se empregue um capacitor de eleva-da capacitncia. Entretanto, este tipo de filtro freqentementeusado em aplicaes que no requerem elevada filtragem.

2. Filtragem de Onda Completa

Outra forma para se reduzir a ondulao na sada aplicar ocapacitor como filtro em retificadores de onda completa. Assim, afreqncia da ondulao ser de 120 Hz e no mais de 60 Hz, comono caso dos retificadores de meia onda. Com isso, o capacitor carregado com uma freqncia duas vezes maior, enquanto que otempo de descarga duas vezes menor. Como conseqncia, a on-dulao na sada ser menor, tornando a tenso contnua de sadamais prxima de uma tenso contnua pura.

Nesse intervalo a carga no recebe tenso

Carga recebetenso

Carga recebe tenso durante todo ciclo

Vca

C1 RL

Ondulao ou ripple

Figura 55

Figura 56

V

V

T

T

Cpia

no a

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direitos

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Obs.: ondulao ou ripple a diferena entre a variao mximae mnima de tenso de sada de um retificador com filtro.

importante salientar que um dos fatores que define a quali-dade de um retificador o valor da tenso de ondulao em suasada, ou seja, quanto menor esse valor, melhor a qualidade doretificador.

Os fatores que influenciam a ondulao so associados des-carga do capacitor tais como:

capacitncia do capacitor;

corrente absorvida pela carga;

tempo que o capacitor permanece descarregando.

3. Tenso Contnua Mdia nos Retificadores com Filtro

Para se calcular a tenso contnua mdia na sada dos retifica-dores com filtro utiliza-se a seguinte equao:

Onde:

Vcc: tenso contnua mdia na sada;

Vp: tenso de pico;

Vond: tenso de ondulao.

Desenvolvemos a seguir um exemplo de clculo de tenso con-tnua mdia na sada de um retificador com filtro.

D1

24Vca C1 RL

Vond nacarga = 5V

Vcc VpVond= -

2

Figura 57

Cpia

no a

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2. 1,414

24 . 1,414

33,9

533,9

231,4

ondcc p

p

p

p

cc

cc

VV V

V Vca

V

V V

V V

V V

=

=

=

=

=

=

Obs: no foi considerada a queda de tensodo diodo.

4. Determinao doCapacitor de Filtragem

A tenso contnua na sada de um retifi-cador com filtro depende da tenso de ondu-lao na sada, e esta tem relao com o tipode retificador, a capacitncia do capacitor ea corrente requerida pela carga. Esses fato-res influenciam na tenso de ondulao desada, o que torna difcil a formulao de umaequao precisa, que determine o valor docapacitor a ser usado para uma tenso pre-estabelecida.

Somente devido grande tolerncia doscapacitores eletrolticos que se pode for-mular uma equao simplificada para deter-minar de maneira muito prxima o valor docapacitor, sendo utilizada essa equao emfiltros que proporcionem uma ondulao deat 20%. A equao mencionada :

C = T ..... ImxVond

Onde:

C: valor do capacitor em microfarads (F);T: perodo de descarga do capacitor;

Imx: corrente mxima da carga em ampres;

Vond: tenso de ondulao em volts (V).

Na equao anterior para o perodo, con-siderando uma freqncia de 60 Hz, teremos:

para meia onda, T= 16,6 milissegundos (ms);

para onda completa, T= 8,33 milissegundos(ms); pois,

T = 1 = 1 = 0,016 segundos ou 16f 60 Hz milissegundos (meia onda)

T = 1 = 1 = 0,0083 segundos ou 8,3 milis-f 120 Hz segundos (onda completa)

Apresentamos, a seguir, o clculo do valorde um capacitor para filtragem de um circuitoretificador de meia onda.

Uma fonte deve ser montada com a se-guinte especificao:

Tenso de sada = 24 VImx = 200 mAVond = 3 V

Determine o valor do capacitor para quea fonte tenha essas caractersticas.

C = T . Imx = 16,6 . 10-3 . 200 . 10

-3

Vond 3

T = 16,6ms (meia onda) = 16,6 . 10-3s

C = 1.106,6 . 10-6 F

C = 1.106,6 F

C = 3.320 . 10

-6

3Cpia

no a

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L1Vca

C1 RL

Figura 58 - Filtro LC

Se desenvolvermos os clculos para uma fonte de onda com-pleta com os mesmos dados, teremos:

5. Efeito da Filtragem da Combinao Indutor-Capacitor

5.1 Filtro LC

Um filtro mais elaborado que o apresentado utiliza, alm docapacitor, um indutor. A caracterstica fundamental do indutorque o torna til para a filtragem sua habilidade de se opor svariaes de corrente.

A utilizao do indutor garante uma melhor filtragem que aobtida nos retificadores que usam somente capacitor.

A indutncia faz com que a corrente de sada no sofra varia-es bruscas, mesmo que nos terminais do indutor apaream grandevariao de tenso.

A aplicao deste tipo de filtro se faz necessria quando a re-sistncia da carga variar, pois assim a tenso contnua de sadater menor variao.

T = 8,33 ms (onda completa) = 8,33 . 10-3s

C = 555,3 . 10-6 F

C = 555,3 F

C = 1.666 . 10-6

3

C = T . Imx = 8,33 . 10-3 . 200 . 10

-3

Vond 3

D1 D3

D2D4

T1

Cpia

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Para se reduzir ainda mais a ondulao na sada, deve-se adi-cionar um segundo indutor e capacitor, formando um filtro comduas sees LC.

A desvantagem deste tipo de filtro que apresenta, em suasada, uma tenso contnua menor se comparada ao filtro com capa-citor de entrada.

5.2 Filtro CLC

Para se conseguir uma tenso contnua de sada maior que a apre-sentada pelo filtro LC, mantendo-se a ondulao na sada a um valorbaixo, aplica-se ao retificador de onda completa um filtro CLC.

5.3 Filtro CRC

Em alguns filtros para fontes de alimentao so utilizados re-sistores em substituio aos indutores. Tais filtros so chamadosde CRC (combinao capacitor-resistor-capacitor).

VcaL1

C1RL

C2

Figura 60

L1Vca

C1 RL

Figura 59 - Filtro LC de duas sees

L2

C2

D1 D3

D4

T1

D1 D3

D2D4

T1

D2

Cpia

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Este filtro aplicado em circuitos nos quais a carga solicitepequeno fluxo de corrente. Em casos nos quais a carga necessitede fluxo de corrente maior, a eficincia do filtro RC diminui.

Em fonte de alimentao de potncia reduzida, o baixo custodos resistores em relao ao dos indutores faz com que os filtrosRC sejam mais atrativos, uma vez que nestes casos a eficincia no um fator importante.

O quadro a seguir faz uma comparao entre os filtros estuda-dos at aqui.

R1

C1

RLC2

Obs.: na figura s mostrada a filtragem.

Tipo de filtroCAPACITOR

LC

CLC

CRC

Vcc= Vca pico

< Vca pico

= Vca pico

< Vca pico

Clculo de IccVccRL

VccRL

VccRL

VccRL

RippleGrande

Baixo

Muito baixo

Baixo

C RL

RLL

C

L1

C1 C2RL

R1

C1 C2RL

Circuito

Figura 61

CAPACITOR~

~

Cpia

no a

uto

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rais.



Exerccios Propostos

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1 - elemento usado como filtro em retificadores:( ) a) diodo;( ) b) transformador;( ) c) capacitor;( ) d) resistor;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

2 - Em um retificador que utiliza um capacitor como filtro, para melhorarmos a qua-lidade da tenso de sada devemos:

( ) a) trocar o capacitor por outro de capacitncia maior;( ) b) trocar o capacitor por outro de capacitncia menor;( ) c) retirar o capacitor do circuito;( ) d) colocar dois capacitores de mesmo valor, em srie no circuito;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

3 - Represente um circuito retificador de meia onda com um capacitor como filtro.

4 - Represente um circuito retificador de onda completa com um capacitorcomo filtro.

Cpia

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5 - Qual a forma mais comum de filtragem em um circuito retificador?......................................................................................................................................................................................................................................................................................

6 - Nos retificadores de onda completa, o capacitor empregado como filtro carrega-do com uma freqncia maior que no retificador de meia onda. Qual o valor des-sa freqncia?

( ) a) 60 Hz( ) b) 120 Hz( ) c) 180 Hz( ) d) 100 Hz( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

7 - Influencia na ondulao de sada de um retificador:( ) a) capacitncia do capacitor;( ) b) corrente absorvida pela carga;( ) c) tempo de descarga do capacitor;( ) d) todos os elementos citados influenciam;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

8 - Determine o valor do capacitor de um retificador de onda completa para uma ten-so de 48 V, corrente mxima na carga de 400 mA e ondulao de sada de 6 V.

9 - Tipo de filtro utilizado quando se requer uma tenso de sada de melhor qualida-de do que a oferecida na filtragem com capacitor e quando a resistncia da cargafor varivel:

( ) a) filtro RLC;( ) b) filtro LC;( ) c) filtro CRC;( ) d) filtragem com capacitor;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

10 - Tipo de filtro que fornece elevado grau de filtragem que aplicado quando acarga solicita baixa corrente:

( ) a) filtro CLC;( ) b) filtro LC;( ) c) filtro CRC;( ) d) filtragem com capacitor;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

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11 - Preencha as lacunas com V para as afirmaes verdadeiras e F para as falsas:

a) ( ) No retificador de meia onda com filtro o capacitor carregado somente umavez a cada ciclo de entrada.

b) ( ) Em um circuito retificador com filtro LC a tenso contnua de sada tem seuvalor prximo tenso de pico de entrada e uma alta ondulao na sada.

c) ( ) O tempo de carga do capacitor influencia na ondulao de sada.

d) ( ) A tenso de sada em um retificador com filtro LC tem praticamente o mesmovalor da tenso de pico de entrada.

e) ( ) nenhuma das alternativas anteriores.

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5lio

lio

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Introduo

Nesta lio objetivamos que voc compreenda o funcionamen-to do regulador de tenso com diodo zener e com circuito integra-do, famlias 78 e 79xx, aplicando-os em fonte de alimentao, como intuito de obter uma sada de tenso fixa, cujo valor determinadopor estes elementos.

1. Caractersticas de um Regulador de Tenso

Um regulador de tenso, independentemente da sua configu-rao, deve atender a duas condies bsicas:

manter a tenso de sada estvel, independentemente dasvariaes da corrente na carga;

manter a tenso de sada estvel, independentemente dasvariaes de tenso na entrada.

2. Diodo Zener como Regulador de Tenso

Por suas caractersticas, quando polarizado reversamente, odiodo zener pode ser empregado como regulador de tenso de bai-xa potncia.

O esquema da figura 62 mostra o modo de polarizao do diodozener para que o mesmo funcione como regulador de tenso.

Regulador de Tenso

+

-

+

-

VsVzIz

Vrs

RL

Irl

Irs

Sada detenso regulada

Figura 62

Ve

Cpia

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Onde:

Irs: corrente no resistor limitador;

Iz: corrente no diodo zener;

Irl: corrente na carga;

Vc: tenso de entrada no-regulada;

Vz: tenso zener;

Vs: tenso de sada regulada;

Vrs: tenso no resistor limitador.

Com base nas leis de Kirchoff, algumasfrmulas so extradas do circuito anterior:

Vz = Vs

Ve = Vrs + Vz

Irs = Iz + Irl

Esse tipo de regulador chamado de re-gulador paralelo, pois o componente respon-svel pela regulao (zener) est em paralelocom a carga.

Para o funcionamento adequado do cir-cuito necessrio calcular o valor do resis-tor limitador de corrente (Rs). Uma frmulasimplificada para o clculo apresentadaabaixo:

A corrente Irs a soma da corrente Izmais a corrente Irl. Deve-se estabelecer, paraIz, um valor mdio entre Iz mn e Iz mx. Comisso garante-se que o diodo zener ter corren-te suficiente para atender s variaes da cor-rente da carga.

Exemplo: calcular o valor do resistor limita-dor Rs, de um regulador com diodo zener,para as seguintes condies.

Tenso de entrada (Ve) = 14 Vcc

Tenso de sada (Vs) = 10 Vcc

Corrente da carga (Irl) = 50 mA

Diodo zener = 10 V . 1 W

Clculo de Iz mx e Iz mn:

Iz mx = PzVz

Iz mx = 110

Iz mx = 0,1 A ou 100 mA

Iz mn = Iz mx 10

Iz mn = 0,1

10

Iz mn = 0,01 A ou 10 mA

Clculo de Iz:

Mdia entre Iz mn e Iz mx:

Iz = Iz mn + Iz mx

2

Iz = 0,01 + 0,1

2

Iz = 0,11

2

Iz = 0,055 A ou 55 mA

Clculo de Irs:

Irs = Iz + Irl

Irs = 0,055 + 0,05

Irs = 0,105 A ou 105 mA

Rs =Ve - Vz

Irs

Cpia

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Clculo de Rs:

Rs = Ve - Vz

Irs

Rs = 14 - 10

0,105

Rs = 40,105

Rs = 38 ohms

Adota-se, quando necessrio, o valor comercial mais prximo.

Clculo da potncia dissipada no resistor:

Pd = R ..... I2

Pd = 38 ..... 0,1052

Pd = 38 ..... 0,011

Pd = 0,42 W ou 420 mW

Recomenda-se que o resistor tenha, neste caso, pelo menos apotncia de 1 W para evitar superaquecimento.

Obs.: neste exemplo, se a carga for desligada do circuito, toda acorrente Irs (105 mA) passar pelo diodo zener, provocando a suaqueima; portanto, antes da escolha do tipo de regulador, preci-so fazer uma anlise do tipo de carga que ser aplicada a ele.

Exemplo de uma fonte regulada com zener:

D1

D2

Rs

C1 C2 C3Z

Sada

Figura 63

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3. Regulador de Tenso Integrados

Existem no mercado circuitos integrados reguladores detenses. Esses circuitos integrados podem fornecer tenses fixasou ajustveis, dependendo do modelo.

Na maioria dos casos, os reguladores possuem protees inter-nas contra curto-circuito, sobrecorrente e sobrecarga trmica, des-ligando o circuito nessas condies.

Pode-se destacar outras vantagens:

baixo custo;

tamanho reduzido;

alta confiabilidade;

alta durabilidade;

simplicidade na aplicao;

etc.

Os reguladores integrados so encontrados emvrios encapsulamentos, porm o mais comum oTO-220 (figura 64).

Na aplicao dos reguladores integrados, algunscuidados devem ser tomados em relao s suas ca-ractersticas eltricas:

tenso mxima de entrada;

corrente mxima;

potncia dissipada mxima.

Esses dados podem ser obtidos nos manuais tcnicos dos fa-bricantes.

3.1 Regulador de Tenso Fixa

Os tipos de reguladores integrados fixos mais comuns so osda famlia 78xx e 79xx. A linha 78xx composta por reguladorespositivos, enquanto que os da linha 79xx so negativos.

Os dois algarismos aps a identificao da famlia indicam atenso de sada.

Exemplos:

7812 regulador positivo com tenso de sada de 12 volts

7905 regulador negativo com tenso de sada de -5 volts

SE TFigura 64

Sada

+

Cpia

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A figura 65 apresenta um exemplo de fonte de alimentao comregulador de tenso integrado.

3.2 Reguladores de Tenso Ajustveis

O regulador de tenso ajustvel possui a mesma simplicidadede aplicao do regulador de tenso fixo. O tipo mais popular oLM 317, que fornece uma ampla faixa de tenses de sada.

Figura 66 - Exemplo de uma fonte de alimentao com regulador ajustvel.

O resistor R2 o potencimetro utilizado para a variao datenso de sada e R1 ajusta tenso mxima de sada.

D1

D2

C1 C2 C3

T

SadaE S

R1

SadaE S

R2

Aj

Figura 65

= 1 K

= 2,2 K100F1000 F

25V

LM 317

78xx

T1

Cpia

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rais.



Exerccios Propostos

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1 - uma caracterstica desejvel de um regulador de tenso:( ) a) reduzir a tenso de sada quando aumentar o consumo da carga;( ) b) aumentar a tenso de sada quando aumentar o consumo da carga;( ) c) manter a tenso de sada, independentemente do consumo da carga;( ) d) todas as alternativas esto corretas;( ) e) nenhuma das alternativas anteriores.

2 - Com base no circuito ilustrado na figura 67, complete as tenses que faltam.

a)Ve =Vrs = 5 VVz = 6 VVRL =

b)Ve = 20 VVrs =Vz = 12 VVRL =

c)Ve = 18 VVrs =Vz = 15 VVRL =

Vrs

Ve Vz RL VRL

Rs+

-

Figura 67

Cpia

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d)Ve =Vrs = 6 VVz = 18 VVRL =

3 - Com base no circuito da figura 68, complete as correntes que faltam.

a)Irs = 100 mAIz =IRL = 80 mA

128 - eletrônica aplicada

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