apresentação retificador onda completa
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AUGUSTO HEGUES BREDA - RA2008602ERIC HENRIQUE PERUCHI – RA2008671
JACSON MESSIAS PANAGIO – RA2008322
ATIVIDADE SOBRE DIODOS E RETIFICADORES PARA APRESENTAÇÃO EM SALA DE AULA PARA A DISCIPLINA DE
ELETRÔNICA I – PROFESSOR FÁBIO PIERONI ZANELLA
Rio Claro – 2012
Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte
1 Introdução:
O circuito retificador de onda completa em ponte é mais usado na construção de fontes retificadoras.
O nome em ponte é devido ao uso de quatro diodos em uma configuração
similar ao circuito usado em instrumentação chamado “Ponte de Wheatstone”. Por ser um retificador de onda completa o capacitor de filtro é menor do que o
capacitor de filtro do circuito de meia onda. O transformador usado no circuito retificador em ponte é um transformador
simples, na há necessidade de um tape central! O circuito é mostrado abaixo, você deve ter o máximo de atenção na
montagem dos diodos, um diodo invertido pode colocar o transformador em curto. Para memorizar como montar os diodos observe que no desenho as setas dos diodos estão apontando para o terminal positivo do retificador.
Outro detalhe importante é quanto ao ponto do terra que é o terminal zero
volt da fonte, este ponto não vai conectado ao transformador como nos outros circuitos retificadores! Observe que o terra é apenas uma simbologia prática para desenhar uma linha que de outra forma complicaria a visualização do circuito. Existem outras aplicações em que o terra tem a função de proteção ou ainda de desviar sinais ruidosos, não é este o caso!
Figura mostrando um circuito retificador em ponte:
Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte
2 Funcionamento: No circuito retificador a tensão alternada presente no secundário do transformador VS é retificada porque sempre haverá um caminho para a corrente circular formado por um par de diodos que direciona a corrente para o terminal positivo da ponte! Para a análise você deve olhar para o circuito sem o capacitor de filtro desta forma terá uma visão melhor da forma de onda presente na carga, como é mostrado nas figuras abaixo! Quando a tensão no secundário for positiva no ponto “A” em relação ao ponto “B” a corrente flui passando pelo diodo D1 da ponte, pois, a corrente deve seguir o sentido da seta dos diodos. Depois a corrente passa pela carga RL, volta pelo terra para o terminal negativo da ponte e encontra dois diodos com setas habilitando a corrente a circular, mas, a corrente vai para o potencial mais baixo que é ponto “B” do transformador via diodo D2, acorrente segue em direção ao terminal negativo! Na verdade o diodo D1 está inversamente polarizado, pois o potencial mais alto está no catodo!
Figura 1: Figura mostrando o semi-ciclo positivo!
Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte
Quando a tensão no secundário for positiva no ponto “B” em relação ao ponto
“A” a corrente flui passando pelo diodo D4 da ponte, pois, a corrente deve seguir o sentido da seta dos diodos. Depois a corrente passa pela carga RL, volta pelo terra para o terminal negativo da ponte e encontra dois diodos com setas habilitando a corrente a circular, mas, a corrente vai para o potencial mais baixo que é ponto “A” do transformador via diodo D3, a corrente segue em direção ao terminal negativo! Na verdade o diodo D2 está inversamente polarizado, pois o potencial mais alto está no catodo!
Figura 2: Figura mostrando o semi-ciclo negativo! Observe que na carga a corrente sempre flui do terminal superior para o terminal inferior, o terminal superior é o positivo da fonte! Este é um retificador de onda completa, pois nos dois semi-ciclos há presença de energia na carga! A figura abaixo mostra a forma no secundário do transformador e a forma de onda na carga!
Figura 3: Figura mostrando a forma de onda na entrada e na saída do retificador de onda completa em ponte.
Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte
4 A questão da tensão inversa nos diodos! Uma questão importante é quanto a tensão inversa VRRM sobre os diodos nas várias configurações de retificadores! No circuito retificador quando o diodo não está conduzindo ele estará sujeito a uma tensão inversa, se esta tensão for maior do que a tensão inversa máxima permitida o diodo poderá queimar. A tensão inversa máxima é chamada d VRRM dos manuais do fabricante (data sheet)! Para determinar a tensão inversa em um circuito retificador você deverá usar a lei das malhas construindo uma malha que passe pelo diodo que não está conduzindo!
Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte
4.1 Análise da tensão inversa no circuito retificador de meia onda:
O circuito da figura abaixo mostra o retificador de meia onda no semi-ciclo negativo, e a malha para determinar a tensão sobre o diodo!
Figura 5: Figura mostrando o circuito retificador de meia onda inversamente polarizado! Para determinar a tensão sobre o diodo VD você deve seguir a seta através da malha e considerar o diodo como uma fonte de tensão. Além do diodo existem na malha mais dois componentes: O secundário do transformador e o capacitor. A máxima tensão VD vai ocorrer quando o capacitor estiver com a máxima tensão de saída VCC e a tensão no VS secundário for a tensão de pico. A tensão VCC que aparece sobre o capacitor é a tensão armazenada durante o semi-ciclo positivo e o valor desta tensão é igual a tensão de pico da senoide que aparece no secundário do transformador, assim, você pode considerar a tensão no secundário igual a tensão do capacitor para o pior caso! Baseado nas informações acima você pode levantar a equação da malha, em vermelho, considerando os três elementos como fonte de tensão onde a única tensão que você desconhece é a tensão sobre o diodo VD. Relembrando que ao levantar a equação da malha quando você passa por uma fonte do pólo positivo para o pólo negativo (energia diminuindo) o sinal a ser colocado na equação é negativo, quando você passa do pólo negativo para o positivo (energia aumentando) o sinal é positivo.
O sinal da tensão no diodo foi escolhido como o positivo no anodo, assim, se a tensão resultante for negativa isto significa que o diodo está inversamente polarizado! A equação é mostrada abaixo.
0VVV SCCD
Isolando a tensão no diodo VD!
DSCC VVV Considerando VS=VCC
CCD
CVV 2
VVV DCCC
Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte
A conclusão é que a tensão inversa sobre o diodo no circuito de meia onda é de 2 vezes a tensão de saída.
Por exemplo, se você estiver montando um circuito retificador de meia onda
para uma tensão de saída de 12 V, o diodo deverá suportar uma tensão inversa de 24V! Se você escolheu o diodo 1N4007 para montar o seu circuito, você pode ficar tranqüilo, pois a tensão inversa VRRM que este diodo suporta é de 1000 V!
Observe que o diodo 1N4007 só pode ser usado em fonte retificadoras de meia onda com uma tensão de saída até 500 VCC pois acima disto a tensão inversa será maior do que a tensão que o diodo suporta!
Circuito Retificado de Onda Completa em Ponte
4.2 Análise da tensão inversa no circuito retificador com center tape:
Como você já viu o circuito retificador com center tape é na verdade formado por dois circuitos retificadores de meia onda em paralelo, cada um retificando meia onda resultando em um circuito de onda completa! O circuito é mostrado abaixo para o caso particular do diodo D1 não estar conduzindo, o raciocínio é o mesmo para o caso do diodo D2!
Figura 6: Figura mostrando a malha para levantar a equação reversa sobre o diodo D1! Como esta metade do circuito retificador com center tape é um circuito de meia onda a análise da tensão inversa sobre o diodo é similar ao já apresentado no parágrafo anterior. A malha para levantamento da tensão reversa VD é mostrada abaixo. A equação final é a mesma par ao circuito de meia onda, isto é, a tensão inversa sobre os diodos é o dobro da tensão de saída VCC!
0VVV SCCD Isolando a tensão no diodo VD!
DSCC VVV Considerando VS=VCC
CCD
CVV 2
VVV DCCC
O diodo no retificador com transformador com center tape deverá ser especificado com uma tensão inversa maior do que o dobro da tensão de saída!
Circuito Retificado de Onda Completa em Ponte
4.3 Análise da tensão inversa no circuito retificador em ponte:
Você verá que no circuito retificador em ponte a tensão inversa sobre os diodos será bem menor, esta é mais uma das razões da popularidade deste tipo de circuito! Na analise mostrada abaixo uma par de diodos está conduzindo e outro par de diodos esta aberto. A analise consiste em levantar a equação da malha dos diodos que não estão conduzindo. A figura abaixo mostra este caso os diodos D4 e D3 inversamente polarizados.
Figura 7: Figura mostrando o semi-ciclo com D, D2 conduzindo e D3, D4 abertos. Note que a polaridade de VD3 e VS é negativa, mas a polaridade de VD2 é positiva, pois este diodo está diretamente polarizado!
DS
SDVV
VV
7,007,03
Considerando a tensão VS máxima igual a tensão VCC a equação pode ser ajustada como descrita abaixo: DCC VV 7,0 Note que a tensão inversa sobre o diodo não é o dobro como nos casos do retificador de meia onda e do retificador com center tape. Por exemplo, se a tensão Retificada for de 12 VCC então a tensão reversa sobre o diodo será de 11,3V. Para altas tensões, acima de 24 V, a tensão sobre o diodo pode ser desprezada, assim para uma tensão de saída de 1000 VCC você pode usar o diodo 1N4007, coisa que não era possível nos circuitos anteriores! Este mesmo raciocínio pode ser estendido para todos os diodos, assim você pode concluir que: No retificador de onda completa em ponte a tensão inversa nos diodos é igual a tensão de saída da fonte!
Considere as estruturas retificadoras de onda completa para retificação monofásica de onda completa tipo ponte. Projete e especifique os componentes de um retificador para a partir de uma rede 220 VAC – 60 Hz, obtenha-se uma tensão média na carga de 20V. Para o retificador projetado, desenhe as formas de onda de tensão na carga e tensão reversa nos diodos.
Para um valor de tensão média sob a carga de 20Vcc
De acordo com a equação :Vmed=2Vp/p 20=Vp/ p 20p=2Vp Vp=10pEntão Vp=31,40V
Utilizando a segunda aproximação para diodos, onde temos que a queda de tensão sob cada diodo será de 0,7V, como se trata de um circuito em ponte, onde termos dois diodos em série , a queda de tensão sob estes será de 2x0,7=1,4V
Então deveremos ter uma tensão no secundário do transformador de 31,40Vpp+1,4V, o que nos daria um valor de tensão eficaz de: (31,4+1,4)/2 = 23,137Vrms
Para esse valor de tensão RMS, como temos no primário um valor de 220v, nosso transformador deve ter uma relação entre espiras de primário/secundário de:
220/23,137 = 9,50 ou seja 9,50:1
O valor máxima tensão reversa sob os diodos para os circuitos retificadores em ponte é igual ao Valor de Vp do secundário do transformador que no caso será de:
23,1372=32,72V
E para esse valor de tensão reversa (VAK) de acordo com o Data Sheet do fabricante poderemos utilizar qualquer um dos diodos retificadores da série 1N400xx, pois o primeiro diodo dessa série que é o 1N4001, comporta um valor de VAK, que no caso do Data Sheet é especificado como VRRM (Peak Repetitive Reverse Voltage) admissível de 50V que é superior ao requerido, ainda assim como fator de segurança, optamos por utilizar em nosso projeto o diodo 1N4002 que tem VRRM (Peak Repetitive Reverse Voltage) admissível de até 100V.
A
B
C
D
E
F
G
SIMULAÇÃO EM MULTISIM 9 DO CIRCUITO PROJETADO
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
A A
B B
C C
D D
E E
F F
G G
V1
220 V 60 Hz 0Deg
XMM1T1
1 sq.m 1 m
XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
D1
1N4002GP
D3
1N4002GP
D2
1N4002GP
D4
1N4002GP
R11kΩ
XSC2
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
XSC3
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
Instrument maps Date: October 25, 2012 15:58:28 Page 1Forma de onda obtida sobre a carga
Tensão Média (DC) sobre a carga
Forma de Onda sobre os diodos
Forma de Onda sobre os diodos