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Fig.5 Circuito retificador de onda completa submetido a uma tensão positiva. O circuito equivalente durante este semiciclo é, portanto, oposto àquele.
Tipologia: Provas
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Retificação de onda completa
A retificação de onda completa é um processo de transformação de ca em cc, que permite o aproveitamento dos dois semiciclos da tensão de alimentação da carga, conforme ilustrado na Fig.
semiciclo
ciclo
tensão retificada
Fig.1 Diagrama ilustrando o princípio de operação do circuito retificador de onda completa.
O circuito retificador de onda completa é o mais empregado nos equipamentos eletrônicos, pois permite obter um melhor aproveitamento da energia disponível na entrada do circuito.
A retificação de onda completa pode ser realizada com o emprego de um transformador com derivação central e dois diodos semicondutores ou alternativamente, pelo uso de uma ponte de quatro diodos, conforme descrito a seguir.
Série de Eletrônica
RETIFICAÇÃO DE ONDA COMPLETA COM DERIVAÇÃO CENTRAL
A retificação de onda completa com derivação central é a denominação técnica que se dá ao circuito retificador de onda completa que emprega dois diodos semicondutores, quando se deriva o terminal negativo de saída do circuito da porção central do secundário do transformador, sendo o terminal positivo considerado no ponto de interconexão dos dois diodos, conforme ilustrado na Fig.2.
Fig.2 Diagrama de circuito do retificador de onda completa com derivação central.
Esse tipo de configuração também recebe a denominação de center tap. A expressão center tap é de origem inglesa, sendo traduzida para a língua portuguesa como derivação central.
O princípio de funcionamento do circuito retificador de onda completa com derivação central pode ser compreendido analisando-se a operação do circuito por semiciclo da tensão de entrada, conforme exposto a seguir.
Estabelecendo-se a referência de potencial no primário e secundário do transformador, conforme indicado na Fig.3, verifica-se, que durante o semiciclo negativo da tensão de entrada, o ânodo do diodo D 1 fica submetido a um potencial positivo, ao passo que o ânodo do diodo D 2 fica submetido a um potencial negativo.
Série de Eletrônica
Durante o semiciclo positivo, ocorre a inversão de polaridade no secundário do transformador, conforme ilustrado na Fig.5. Conseqüentemente, o diodo D 1 torna-se inversamente polarizado entrando em bloqueio. O estado de polarização direta nesse caso ocorre no diodo D 2 , que entra no regime de condução.
Fig.5 Circuito retificador de onda completa submetido a uma tensão positiva.
O circuito equivalente durante este semiciclo é, portanto, oposto àquele correspondente ao semiciclo negativo, conforme ilustrado na Fig.6. A corrente agora circula pela carga, através do diodo D 2 que está em condução. O fluxo de corrente mantém-se no mesmo sentido daquele obtido durante o semiciclo negativo, e a tensão no primário é transferida diretamente para a carga, conforme ilustrado na Fig.6.
Fig.6 Circuito equivalente para o retificador de onda completa durante o semiciclo positivo.
Analisando-se, portanto, um ciclo completo da tensão de entrada, verifica-se que o circuito retificador transfere para a carga dois semiciclos de tensão positiva com relação à referência de potencial, conforme ilustrado na Fig.7, onde os diodos conduzem isoladamente em cada semiciclo.
Fig.7 Resposta do retificador durante um ciclo completo na entrada.
A retificação de onda completa com derivação central transfere à carga dois semiciclos positivos de tensão para cada ciclo da tensão de entrada. Como a tensão de saída é formada de pulsos idênticos de tensão, o que é mostrado na Fig.8, a tensão cc que seria medida na carga pode ser obtida determinando-se o valor médio da tensão de saída em apenas um semiciclo da tensão de entrada.
Fig.8 Dependência temporal da tensão na saída do retificador.
Observando atentamente o processo de retificação de onda completa com derivação central, verifica-se que cada metade do circuito corresponde a um retificador de meia onda que opera isoladamente em cada semiciclo da tensão de entrada, conforme ilustrado na seqüência de diagramas da Fig.10.
Como neste tipo de retificação um ciclo completo da tensão ca de entrada é transformado em dois semiciclos de tensão sobre a carga, conclui-se que a freqüência dos picos de tensão na carga é o dobro da freqüência da rede.
Fig.10 Retificador de onda completa visto como dois retificadores de meia onda que se alternam a cada semiciclo da tensão de entrada.
Série de Eletrônica
Quando o valor efetivo da tensão de entrada for muito superior ao valor VB, este pode ser desprezado na Eq.(1) para o cálculo de Vcc. Nessa aproximação, a Eq.(1) assume a forma simplificada
(^2) máx cc ^
Inserindo a relação Vmáx 2 Vca, na Eq.(3), obtém-se
ca
ca cc 0,
Com valores típicos de 0,7 e 0,3V para o potencial de barreira do silício e do germânio, respectivamente, a expressão aproximada dada pela Eq.(4) pode ser utilizada na prática quando a condição Vca 10 V for satisfeita.
Como as variações da corrente na carga seguem as mesmas variações da tensão aí presente em cada instante de tempo, conclui-se que a corrente média no resistor R pode ser determinada simplesmente pela expressão
cc cc (^) R
A seguir são apresentados dois exemplos do cálculo da tensão e da corrente cc no retificador de onda completa com derivação central.
Série de Eletrônica
Com Vca > 10 V, utiliza-se a Eq.(4). Note-se, no entanto, que na Fig.12 a posição dos diodos está invertida com respeito à configuração da Fig.11. Uma troca de sinal é, portanto, necessária no primeiro membro da Eq.(4), fornecendo
Vcc 0 , 9 Vca0,9 20 18 V
Vcc 18 V
Utilizando a Eq.(5), a corrente na carga é
21 , 9 mA 820
cc (^)
RETIFICAÇÃO DE ONDA COMPLETA EM PONTE
A retificação de onda completa em ponte utiliza quatro diodos semicondutores e transfere para a carga uma onda retificada, sem a necessidade de uso de um transformador com derivação central, conforme ilustrado na Fig.13.
Fig.13 Retificador de onda completa com ponte de quatro diodos.
Esse tipo de configuração, também denominado de Ponte de Graëtz, tem o seu princípio de funcionamento descrito a seguir.
Retificação de onda completa
Considerando o semiciclo de tensão positiva na entrada do circuito ilustrado na Fig.14, uma inspeção das polarizações dos quatro diodos indica os regimes de operação listados na Tabela 1.
Fig.14 Retificador em ponte durante o semiciclo positivo.
Tabela 1 Polarizações e regimes de operação dos diodos durante o semiciclo positivo da tensão de entrada. Diodo Polarização Regime de operação D 1 ânodo positivo em relação ao cátodo condução D 2 cátodo positivo em relação ao ânodo bloqueio D 3 cátodo negativo em relação ao ânodo condução D 4 ânodo negativo em relação ao cátodo bloqueio
Utilizando o modelo da chave ideal para o diodo, e as condições estabelecidas na Tabela 1, obtém-se o circuito equivalente apresentado na Fig.15.
Retificação de onda completa
Durante o semiciclo negativo, ocorre a inversão de polaridade nos terminais de entrada do circuito, conforme mostrado na Fig.17 e os regimes de operação dos diodos são modificados conforme listado na Tabela 2.
Tabela 2 Polarizações e regimes de operação dos diodos durante o semiciclo negativo da tensão de entrada. Diodo Polarização Regime de operação D 1 ânodo negativo em relação ao cátodo bloqueio D 2 cátodo negativo em relação ao ânodo condução D 3 cátodo positivo em relação ao ânodo bloqueio D 4 ânodo positivo em relação ao cátodo condução
Com base na Tabela 2, e utilizando-se novamente o modelo da chave ideal para o diodo, obtém-se o circuito equivalente mostrado na Fig.18.
Fig.18 Circuito equivalente para a ponte retificadora durante o semiciclo negativo.
Fig.17 Retificador em ponte durante o semiciclo negativo.
Série de Eletrônica
O circuito equivalente com as chaves em aberto removidas é mostrado na Fig.19. Um exame do circuito indica que a tensão de entrada é transferida, com uma inversão de sinal, para a carga. Como a tensão de entrada é negativa, aquela na carga permanece positiva, completando, assim, o processo de retificação.
Fig.19 Circuito equivalente resultante do retificador em ponte durante o semiciclo negativo.
A Fig.20 ilustra como a corrente flui no circuito durante o semiciclo negativo da tensão de entrada, onde se pode verificar que o fluxo de corrente se dá no mesmo sentido daquele obtido durante o semiciclo positivo.
Fig.20 Fluxo de corrente na ponte retificadora durante o semiciclo negativo da tensão de entrada.
Série de Eletrônica
A partir dessas considerações, pode-se concluir que a tensão cc medida na carga é dada pela expressão
cc 2 máx B
ou alternativamente
cc 2 ca B
Na prática, para o caso de diodos de silício, a queda de tensão 2VB na Eq.(7) poderá ser desprezada se a tensão de entrada satisfizer a condição Vca > 20 V. Nessa aproximação, a tensão Vcc poderá ser obtida por intermédio da Eq.(4).
Uma característica presente na configuração em ponte é a existência de uma tensão inversa Vca sobre cada diodo operando em bloqueio, como mostrado na Fig.23a. Por outro lado, como se pode observar na Fig.23b, a tensão inversa aplicada sobre o diodo em bloqueio na configuração center tap é praticamente duas vezes superior.
Essa diferença representa uma vantagem do retificador em ponte em comparação com o retificador do tipo center tap, pelas seguintes razões:
Uma menor voltagem inversa em cada diodo permite que o retificador em ponte possa operar a níveis mais elevados de potência do que o retificador center tap.
A tensão no secundário do transformador é utilizada quase que integralmente para alimentação da carga em cada semiciclo. Para o retificador com derivação central, metade do secundário do transformador fica energizada apenas para manter um dos diodos em bloqueio; o que implica em uma menor eficiência.
Retificação de onda completa
Fig.23 Tensões nos diodos dos retificadores: (a) center tap, (b) ponte de quatro diodos.
Como no caso do retificador de onda completa com derivação central, a corrente média na carga do retificador em ponte é dada pela Eq.(5).
