Retificador de onda completa em ponte

Circuito Re ti ficado de Onda Onda Completa em Ponte

Circuit Circuit o R et ific ad ado o de Onda Onda Completa Completa em Ponte Eng.: Roberto Bairros dos Santos . Um empreendi empreendi mento Ba Ba ir ros Pr Pr ojetos Didá ti cos cos www.bairrospd.kit.net Este artigo descreve o funcionamento de um circuito retificador em ponte e analise a questão da tensão inversa nos diodos de um circuito retificador.

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Conteúdo 1 2 3 4

Introdução:................ Introdução: ............................... ................................ ................................ ............................. ............................... ............................... ................ 3 Funcionamento: ............................... .............................................. ................................ ............................... ............................. ........................4 .........4 Capacitor de filtro:............... filtro: ................................ ............................... ............................. ................................ ................................ .................... .....6 6 A questão da tensão inversa i nversa nos diodos! ................................ .............................................. ............................... ................... 7 4.1 Análise da tensão inversa no circuito retificador de meia onda:.......................8 4.2 Análise da tensão inversa no circuito retificador com center tape:.................10 4.3 Análise da tensão inversa no circuito retificador em ponte: ...........................11 ...........................11

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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:

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2 Funcionamento: No circuito retificador a tensão alternada presente no secundário do transformador V S 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 pres presente ente 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!

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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.

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3 Ca Capa pacit cit or de fi ltro: Para completar o circuito é necessário colocar um capacitor em paralelo com a carga para filtrar a tensão pulsante na saída como no circuito de meia onda, no entanto este capacitor poderá ser menor do que o usado no circuito de meia onda! O valor do capacitor usado no circuito de onda completa é aproximadamente metade do valor do capacitor usado no circuito de meia onda! A figura abaixo mostra o circuito completo!

Figura 4: Figura mostrando um circuito retificador em ponte:

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4 A questão da tensão inv ersa nos diodos! Uma questão importante é quanto a tensão inversa V RRM 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 V RRM 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!

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4.1 Análise Análise da tensão inversa no no ci rcuit rcuit o ret ific ad ador or de mei a onda: 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 V D 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 V D vai ocorrer quando o capacitor estiver com a máxima tensão de saída V CC e a tensão no V S 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 V D. Relembrando que ao levantar a equação da malha malha quando você passa por uma fonte do pólo positivo para o pólo 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. 

VD



VCC



VS



0

Isolando a tensão no diodo V D! 

VCC



VS



VD

Considerando V S=VCC 

VCC

V D



VC C



VD

 2V CC

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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, circuito, você pode ficar tranqüilo, pois a tensão inversa V RRM 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!

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4.2 Análise Análise da tensão tensão inve rsa rsa no no ci rcuito rcuito ret ific ad ador or com center t ap ape: e: 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! 

VD



VCC



VS



0

Isolando a tensão no diodo V D! 

VCC



VS



VD

Considerando V S=VCC 

VCC

V D



VC C



VD

 2V CC

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!

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4.3 Análise Análise da tensão inversa no no ci rcuit rcuit o ret ific ad ador or 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 Figura mostrando o semi -cic lo com D, D2 D2 co nduzindo e D3, D4 D4 abertos.

Note que a polaridade de V D3 e VS é negativa, mas a polaridade de V D2 é positiva, pois este diodo está diretamente polarizado!

 V D 3  V S   V S 

0,7



0,7



0

V D

Considerando a tensão VS máxima igual a tensão VCC a equação pode ser ajustada como descrita abaixo:  V CC 

0,7



V D

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!

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Retificador de onda completa em ponte

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