Instrumentos analógicos de medida directa em corrente alterna

1. Rectificação de corrente alterna

1.1 O Díodo de junção pn

Si tipo n Si tipo p

Sem polarização temos a condição de equilíbrio.

0V

Polarização nula

1. Rectificação de corrente alterna

1.1 O Díodo de junção pn

Para pequenas polarizações directas (V< ~0,7V) • Redução da RCE• Não há corrente apreciável

0 < V <0,7V

Polarização directa fraca

1. Rectificação de corrente alterna

1.1 O Díodo de junção pn

Para polarizações directas apreciáveis (V> ~0,7V) • Há portadores que atravessam a junção em grande quantidade• Há corrente - Díodo de junção p/n está em condução

Polarização directa forte

V > 0,7V

ID

1. Rectificação de corrente alterna

1.1 O Díodo de junção pn

Para polarizações inversas (V < 0V) • xd aumenta de extensão - injecção de minoritários aumenta recombinação• E aumenta de intensidade• Os portadores minoritários que atinjam a RCE são acelerados para o outro lado da junção, originando a corrente de saturação, ISAT.

Polarização inversa

V < 0V

ISAT

1. Rectificação de corrente alterna

1.1 O Díodo de junção pn

1. Rectificação de corrente alterna

1.2 Tipos de Rectificação

V1

D1

R11KA. Meia-onda

Time/mSecs 200uSecs/div

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

V

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

VrectV1

+

-

-

+

1. Rectificação de corrente alterna

1.2 Tipos de Rectificação

B. Onda completa D1Vrect

R11K

V1

D5

D2

D3

V1

Time/mSecs 200uSecs/div

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

V

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

V1Diff Probe

+

-+

-

1. Rectificação de corrente alterna

1.2 Valores médios da tensão rectificada

A. Meia-onda:

T

0DC dttvT

1VV ).( )()( tAsentv

0DC dsen

2

AV )(

2

T

0DC dttvT

1V ).(.

Time/mSecs 200uSecs/div

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

V

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

VrectV1

Csen )cos()(Pr

nota: desprezando a queda de tensão aos terminais do díodo!

1. Rectificação de corrente alterna

1.2 Valores médios da tensão rectificada

A. Meia-onda:

0DC 2

AV )cos(

)cos()cos( 02

AVDC

112

AVDC

Time/mSecs 200uSecs/div

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

V

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

VrectV1

A

VDC

1. Rectificação de corrente alterna

1.2 Valores médios da tensão rectificada

B. Onda completa:

A2

VDC

2

T

0DC dttv2T

1V ).(..

Time/mSecs 200uSecs/div

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

V-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

V1Diff Probe

Time/mSecs 200uSecs/div

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

V

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

VrectV1

nota: desprezando a queda de tensão aos terminais dos díodos!

2. Voltímetros ac

2.1 Com rectificação de meia-onda

D1

mdA_1

50Rm = IFS = 1mA

P

N

I(mdA)V1

R1

950

Sine(0 100 1k 0 0)

V1

Time/mSecs 200uSecs/div

1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

I(mdA

) /

mA

Y2

0

20

40

60

80

100

V1

/ V

Y1

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

V1 (Y1)I(mdA) (Y2)Mean/Cycle=31.51mA

2. Voltímetros ac

2.2 Com rectificação de onda completa

Time/mSecs 200uSecs/div

1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

I(mdA

) /

mA

Y2

0

20

40

60

80

100

V1

/ V

Y1

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

V1 (Y1)I(mdA) (Y2)Mean/Cycle=62.39mA

mdA_1

50Rm = IFS = 1mA

P

N

I(mdA)

D3

D2

D1

V1

R1

950

Sine(0 100 1k 0 0)

V1

D4

3. Amperímetros ac

2.1 Com rectificação de meia-onda

D2

Sine(0 100 1k 0 0)

V1

I(mdA)

mdA_1

50Rm = IFS = 1mA

P

N

D1R1

1k

I(A)

Time/mSecs 200uSecs/div

1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

I(mdA

) /

mA

Y2

0

20

40

60

80

100

I(A)

/ m

A

Y1

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

I(mdA) (tran37) (Y2)Mean/Cycle=30.01mA

I(A) (tran37) (Y1)Peak/@=94.62mA/2.25mS

3. Amperímetros ac

2.2 Com rectificação de onda completa

I(mdA

) /

mA

Y2

0

20

40

60

80

100

Time/mSecs 200uSecs/div

1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

I(A)

/ m

A

Y1

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

I(mdA) (Y2)Mean/Cycle=59.42mA

I(A) (Y1)Peak/@=93.99mA/2.25mS

I(A) R1

1k

mdA_1

50Rm = IFS = 1mA

P

N

I(mdA)

Sine(0 100 1k 0 0)

V1

D4

D1

D2

D3

3. Amperímetros ac

2.2 Exemplo

mdA_1

50Rm = IFS = 2mA

P

N

I(mdA)D4

D1

D2

D3

R21

Considerar o amperímetro ac da figura abaixo.

Qual o valor de máximo que deve indicar a sua escala? Determine o factor de proporcionalidade entre o valor rms lido nessa escala (rms) e o valor de Im (dc).

3. Amperímetros ac

2.2 Exemplo

Considerar o amperímetro ac da figura abaixo.

Qual o valor de máximo que deve indicar a sua escala? Determine o factor de proporcionalidade entre o valor rms lido nessa escala (rms) e o valor de Im (dc).

Time/mSecs 200uSecs/div

1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

I(mdA

) /

mA

Y2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

I(A)

/ m

A

Y1

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

I(mdA) (tran39) (Y2)Mean/Cycle=1.222mA

I(A) (tran39) (Y1)RMS/cycle=69.48mA