CONCLUSION & FUTURE RESEARCH
15.2 2. RESEARCH PROJECT 2
16 FUTURE RESEARCH
Estudar os circuitos retificadores com diodo de junção, nas configurações de meia onda, onda completa e ponte, através da montagem, da observação das formas de onda e da medição de grandezas elétricas.
Analisar a ação do filtro capacitivo, pelos mesmos métodos.
INTRODUÇÃO
A retificação consiste em transformar um sinal alternado em contínuo, entendendo o contínuo como aquele em que a polaridade nunca se inverte, mas cujos valores podem variar.
A retificação em meia-onda elimina um dos semiciclos do sinal alternado, deixando somente os positivos ou somente os negativos, enquanto a retificação em onda completa e a retificação em ponte invertem a polaridade de um dos semiciclos, fazendo com que a corrente circule pela carga sempre em um único sentido, qualquer que seja o semiciclo de entrada.
Retificador de Meia-Onda
Retificador de Onda Completa
A tensão alternada fornecida ao retificador pode ser diretamente obtida da rede elétrica ou através de um transformador de potencial. O transformador é especificado em termos de tensão eficaz. Assim, um transformador de 12 volts produz uma senóide com aproximadamente 17 volts de pico, que se torna uma onda pulsativa com um valor de pico um pouco menor, dependendo do tipo de retificador. Nos tipos de meia onda e onda completa, a redução é de 0,6 a 1 V (queda em um diodo), enquanto na ponte retificadora essa redução é de 1,2 a 2 V, correspondendo à queda em dois diodos.
45
E (V) Valor de pico EMAX Valor Eficaz EEF
0 t (ms) Valor de pico -EMAX
Sem filtragem, a tensão média na carga é calculada multiplicando o valor de pico por 0,318, na retificação em meia onda, e por 0,636, na retificação em onda completa.
E (V) Valor de pico EMAX Valor médio EMED
0 t (ms)
Valor médio na retificação em meia-onda E (V)
Valor de pico EMAX Valor médio EMED
0 t (ms)
Valor médio na retificação em onda completa
A tensão retificada apresenta-se na forma pulsativa, isto é, variando como uma semi-senóide (apenas em um sentido), pois se origina na tensão alternada da rede elétrica. Para a quase totalidade dos equipamentos, essa pulsação é imprópria, interferindo em seu funcionamento. Assim, uma nova etapa tem de ser acrescentada, que é a filtragem.
Filtro
Filtro
EEF = √2 EMAX = 0,707 EMAX
2
EMAX = √2 EEF = 1,414 EEF
EMED = EMAX = 0,318 EMAX
π
EMED = 2 EMAX = 0,636 EMAX
46 O filtro capacitivo utiliza um capacitor em paralelo com a carga, que se carrega até os picos do sinal retificado e fornece energia entre um pico e outro. Quanto maior a capacitância e menor a corrente de carga, mais estável ficará a tensão, reduzindo a ondulação.
Atenção: Com filtragem perfeita (quando a ondulação é desprezível), a tensão média na carga é o próprio valor de pico após o retificador,. Se não puder ser desprezada, a tensão de ondulação (Er, em volts) é dada por Er = ILmed / f x C, onde
ILmed é a corrente média na carga, em ampères, f é a freqüência da ondulação (60 Hz
para meia onda e 120 Hz para onda completa) e C é a capacitância de filtro, em farads. A tensão média será, então, aproximadamente, o valor de pico menos a metade da tensão de ondulação.
E (V) E (V)
EMED = EMAX EMAX Tensão
EMED de
EMIN ondulação
0 t (ms) 0 t (ms)
Tensão contínua constante (filtragem perfeita) Tensão contínua com ondulação
APLICAÇÃO
O principal emprego da retificação é fornecer a alimentação de energia a equipamentos eletrônicos, a partir rede elétrica, pois tais equipamentos necessitam de tensão contínua, mas a rede elétrica deve ser alternada, para facilitar a transmissão e distribuição de energia.
A tensão contínua, obtida de um retificador, varia entre zero e o pico, positivo ou negativo, conforme a polaridade escolhida. Isso é inaceitável para um equipamento eletrônico, pois acarretaria variações indesejáveis e, nos instantes em que chegasse a zero, simplesmente o equipamento não funcionaria. Então, o filtro também é indispensável.
A retificação está presente tanto nas fontes de alimentação lineares (convencionais), como nas chaveadas. A diferença mais sensível entre esses dois tipos de fontes é que as lineares geralmente empregam um transformador de força, para baixar a tensão diretamente da rede elétrica, que é grande e pesado, enquanto que nas chaveadas os transformadores são pequenos e leves, por trabalharem em alta freqüência, que é obtida após a retificação direta da rede elétrica.
47
Diagrama em blocos de uma fonte de alimentação chaveada
MATERIAL
Multímetro Digital Osciloscópio
Fonte de Alimentação com saída AC ou transformador Protoboard
4 diodos 1N4002 (até 1N4007)
Capacitor eletrolítico entre 470 F e 1000 F, isolação mínima de 35 V Resistores de (aproximadamente) 680 e 1500
PROCEDIMENTO
1. Com o multímetro digital, estando a chave seletora no posicionamento adequado, faça o teste nos diodos fornecidos, identificando catodo e anodo, bem como sua condição para uso (em curto, aberto, em fuga ou em perfeito estado). Se houver algum diodo defeituoso, substitua-o, testando o novo, também.
2. Monte o circuito Retificador em meia-onda, no proto-board, conforme o esquema abaixo, empregando o maior valor de resistor de carga. Utilize o transformador interno da fonte de alimentação da bancada, retirando a tensão alternada entre um dos bornes de AC (lado esquerdo do painel, com os símbolos e ) e a massa (borne localizado entre os bornes DC, com o símbolo ). Caso não haja fonte com saída AC, será fornecido um transformador.
48 Fonte de alimentação com saída AC
3. Observe, simultaneamente, as formas de onda no secundário do transformador (antes do diodo) e no resistor de carga, Use acoplamento DC no osciloscópio e faça o sincronismo com a rede elétrica (trigger line). Esboce as formas de onda nos eixos a seguir, em coincidência no tempo (tal como aparecem no osciloscópio), indicando seus valores máximo e mínimo de tensão (picos) e período (tempo) de um ciclo.
Tensão no secundário (antes do diodo) t Tensão na carga (depois do diodo) t
4. Meça a tensão eficaz (AC) antes do diodo e a contínua ou média (DC) sobre o resistor de carga, com o multímetro. Compare os resultados com os esperados pelas equações apresentadas na Introdução Teórica. Substitua RL
pelo resistor de menor valor e torne a medir a tensão na carga.
Grandeza Valor com RL = ____ Valor com RL = ____
Tensão de pico no secundário Tensão eficaz no secundário Tensão de pico na carga Tensão média na carga
49 5. Desligue a fonte, acrescente o capacitor de filtro (observe a polaridade dele)
em paralelo com RL (inicialmente o maior valor de resistência), religue a fonte
e repita os itens 3 e 4.
Circuito do retificador em meia-onda com filtro capacitivo
Tensão no secundário (antes do diodo) t Tensão na carga (depois do diodo) t Grandeza Valor (com RL = _____) Valor (com RL = _____)
Tensão de pico no secundário Tensão eficaz no secundário Tensão de pico na carga Tensão média na carga
6. Agora você irá observar a forma de onda da tensão de ondulação (sobre a carga), simultaneamente com a forma de onda no secundário do transformador (antes do diodo). Para isso, use acoplamento AC no osciloscópio e aumente o ganho do canal que está ligado à carga, até visualizar a ondulação. Esboce sua forma e meça seu valor pico-a-pico, este para os dois valores de RL.
50 Tensão no secundário (antes do diodo) t Tensão de ondulação na carga
(depois do diodo)
t
Valor pico-a-pico da tensão de ondulação para RL menor: __________
Valor pico-a-pico da tensão de ondulação para RL maior: __________
7. Monte o circuito Retificador em Onda Completa, no proto-board, conforme o esquema abaixo, empregando o maior resistor. Utilize o transformador interno da fonte de alimentação da bancada, retirando a tensão alternada nos dois bornes de AC (extremos) e na massa (tomada central). Os bornes com os símbolos e são ligados aos diodos e a massa da fonte (borne com o símbolo ) é ligada à massa do circuito. Caso não haja fonte com saída AC, será fornecido um transformador.
Importante: verifique cuidadosamente a ligação dos diodos, pois a inversão de um deles provoca um curto-circuito no transformador!
Circuito do retificador em onda completa
8. Observe, simultaneamente, as formas de onda no secundário do transformador (antes de cada diodo), em relação à massa, e no resistor de carga, esboçando-as a seguir, com seus valores de pico. Use acoplamento DC no osciloscópio e faça o sincronismo com a rede elétrica (trigger line). Compare primeiro as ondas do secundário e, depois, cada uma com a saída.
51 Tensão no secundário 1 (antes do diodo D1) t Tensão no secundário 2 (antes do diodo D2) t Tensão na carga (depois dos diodos)
t
9. Meça a tensão eficaz (AC) antes dos diodos (em relação à massa) e a contínua ou média (DC) sobre o resistor de carga, com o multímetro. Compare os resultados com os esperados pelas equações apresentadas na Introdução Teórica.
Grandeza Valor
Tensão de pico no secundário Tensão eficaz no secundário Tensão de pico na carga Tensão média na carga
10. Acrescente o capacitor de filtro (observe a polaridade dele), em paralelo com RL, e repita os itens 8 e 9, agora para os dois valores de RL. Basta observar a
forma de onda em um dos extremos do secundário, em relação à massa.
52 Tensão no secundário (antes do diodo D1 ou D2) t Tensão na carga
(depois dos diodos)
t
Grandeza (com RValor
L = _____)
Valor (com RL = _____)
Tensão de pico no secundário Tensão eficaz no secundário Tensão de pico na carga Tensão média na carga
11. Agora você irá observar a forma de onda da tensão de ondulação (sobre a carga), simultaneamente com a forma de onda no secundário do transformador (antes dos diodos). Para isso, use acoplamento AC no osciloscópio e aumente o ganho do canal que está ligado à carga, até visualizar a ondulação. Esboce sua forma e meça seu valor pico-a-pico, para os dois valores de RL. Tensão no secundário (antes do diodo D1 ou D2) t Tensão de ondulação na carga
(depois dos diodos)
t
Valor pico-a-pico da tensão de ondulação para RL menor: __________
53 12. Monte o circuito Retificador em Ponte, no protoboard, conforme o esquema
abaixo, com o resistor de maior valor. Utilize o transformador interno da fonte de alimentação da bancada, retirando a tensão alternada entre um dos dois bornes de AC (extremos) e a massa da fonte (tomada central), ou use um transformador fornecido.
Importante: a massa da fonte NÃO é a mesma do circuito. Ligue a fonte (transformador) somente aos diodos (um borne entre D1 e D4 e o
outro entre D2 e D3).
Observe cuidadosamente a ligação dos diodos. A inversão de um ou mais deles provocará um curto-circuito no transformador!
Circuito do retificador em ponte
13. Observe, separadamente, a forma de onda no secundário do transformador (entre os terminais de ligação aos diodos) e a forma de onda no resistor de carga (agora em relação à massa), esboçando-as abaixo, com seus valores de pico, Use acoplamento DC no osciloscópio e faça o sincronismo com a rede elétrica (trigger line).
Importante: neste circuito não se pode observar, ao mesmo tempo, entrada e saída, pois não há terminal comum entre ambas e o osciloscópio as colocaria em curto circuito, através da sua massa.
Tensão no secundário Tensão na carga
t t
54 14. Meça a tensão eficaz (AC) antes dos diodos (entre os terminais de ligação) e
a contínua ou média (DC) sobre o resistor de carga (em relação à massa), com o multímetro. Compare os resultados com os esperados pelas equações apresentadas na Introdução Teórica.
Grandeza Valor
Tensão de pico no secundário Tensão eficaz no secundário Tensão de pico na carga Tensão média na carga
15. Acrescente o capacitor de filtro (observe a polaridade dele), em paralelo com RL, e repita os itens 13 e 14.
Circuito do retificador em ponte com filtro capacitivo
16. Agora você irá observar a forma de onda da tensão de ondulação (sobre a carga), e a forma de onda no secundário do transformador (antes dos diodos), separadamente. Para isso, use acoplamento AC no osciloscópio e aumente o ganho do canal que está ligado à carga, até visualizar a ondulação. Esboce sua forma e meça seu valor pico-a-pico, para os dois valores de RL.
Tensão no secundário
t
Tensão de ondulação na carga
t
55 Valor pico-a-pico da tensão de ondulação para RL menor: __________
Valor pico-a-pico da tensão de ondulação para RL maior: __________
17. Preencha o quadro-resumo a seguir e compare os resultados.
Retificador Sem filtro Com filtro
Meia-Onda
Tensão eficaz no secundário = _______ Tensão média na carga 1 = _________ Tensão média na carga 2 = _________
Tensão eficaz no secundário = _______ Tensão média na carga 1 = _________ Tensão média na carga 2 = _________
Onda Completa
Tensão eficaz no secundário = _______ Tensão média na carga 1 = _________
Tensão eficaz no secundário = _______ Tensão média na carga 1 = _________ Tensão média na carga 2 = _________
Ponte
Tensão eficaz no secundário = _______ Tensão média na carga 1 = _________
Tensão eficaz no secundário = _______ Tensão média na carga 1 = _________ Tensão média na carga 2 = _________
Legenda: “Tensão média na carga 1” é aquela medida com o maior valor de RL e
56