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DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
VICTOR SAID
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL:
CIRCUITO RETIFICADOR: MEIA ONDA E ONDA COMPLETA
Salvador
2014
VICTOR SAID
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL:
CIRCUITO RETIFICADOR: MEIA ONDA E ONDA COMPLETA
Relatório de prática experimental, solicitado pelo
professor Edvaldo Sobral, como requisito de
avaliação parcial da I Unidade da disciplina de
Eletrônica Analógica Prática, no Instituto Federal
Bahia – IFBA, Câmpus Salvador. Prática realizada
sob orientação do Prof. Edvaldo Sobral.
Salvador
2014
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Simbologia dos diodos, gráfico das características de tensão e corrente ..6
Figura 2 – Comportamento dos diodos: (a) diretamente polarizado; (b) inversamente
polarizado....................................................................................................................6
Figura 3 – (a) simbologia diodos; (b) gráfico das características de tensão e corrente
....................................................................................................................................7
Figura 4 – Curva característica do diodo ideal ............................................................8
Figura 5 – Gráfico da corrente alternada.....................................................................9
Figura 6 – (a) tensão senoidal do secundário; (b) circuito retificador de meia onda;
(c) forma de meia onda da tensão contínua pulsante na carga (saída) ....................10
Figura 7 – (a) circuito retificador de onda completa; (b) circuito equivalente ao
retificador de meia onda para o semiciclo positivo; (c) circuito equivalente ao
retificador de meia onda para o semiciclo negativo; (d) forma de onda completa na
saída .........................................................................................................................11
Figura 8 – (a) circuito retificador de onda completa em ponte; (b) circuito equivalente
ao retificador de meia onda para o semiciclo positivo com dois diodos; (c) circuito
equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo negativo com dois diodos;
(d) forma de onda completa na saída........................................................................11
Figura 9 – (a) material utilizado na montagem do circuito (b) Circuito retificador de
meia onda..................................................................................................................12
Figura 10 – Medição com o multímetro: (a) do secundário; (b) do diodo (b) da carga
..................................................................................................................................13
Figura 11 – Medição com o osciloscópio: (a) do diodo; (b) da carga ........................14
Figura 12 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) no diodo (b) na
carga .........................................................................................................................14
Figura 13 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda diretamente
polarizado..................................................................................................................15
Figura 14 – Medição com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado; (b)
da carga ....................................................................................................................16
Figura 15 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado;
(b) da carga...............................................................................................................16
Figura 16 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda
inversamente polarizado ...........................................................................................17
Figura 17 – Circuito retificador de meia onda com filtragem capacitiva: (a) montado;
(b) Diagrama de montagem.......................................................................................17
Figura 18 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do
ripple .........................................................................................................................18
Figura 19 – Circuito retificador de onda completa: (a) montado; (b) Diagrama de
montagem .................................................................................................................18
Figura 20 – Medição com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga ...............19
Figura 21 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC]
(b) na carga [DC].......................................................................................................19
Figura 22 – Circuito retificador de onda completa com filtragem capacitiva: (a)
montado; (b) Diagrama de montagem.......................................................................20
Figura 23 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do
ripple .........................................................................................................................20
Figura 24 – Circuito retificador de onda completa em ponte: (a) montado; (b)
Diagrama de montagem............................................................................................21
Figura 25 – Gráficos obtidos com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga
[AC] (b) na carga [DC]...............................................................................................21
Figura 26 – Circuito retificador de onda completa em ponte com filtragem capacitiva:
(a) montado; (b) Diagrama de montagem .................................................................22
Figura 27 – Ripple.....................................................................................................22
Figura 27 – Prática EXTRA: Circuito Integrado de retificador de onda completa em
ponte .........................................................................................................................22
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................5
2 TEORIA GERAL DOS DIODOS ..............................................................................6
3 PRÁTICA EXPERIMENTAL ..................................................................................12
3.1 CIRCUITO RETIFICADOR DE MEIA ONDA.......................................................12
3.2 CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA............................................18
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................23
REFERÊNCIAS.........................................................................................................23
5
1 INTRODUÇÃO
Diodos são componentes eletrônicos, confeccionados com materiais
semicondutores, destinados à permitirem a passagem de corrente em um único
sentido, sendo conhecidos como chaves eletrônicas, devido à essa peculiaridade.
São elementos com polos, positivo e negativo, definidos. O fluxo de corrente ocorre
quando estão diretamente polarizados, do polo positivo ao polo negativo.
Por possuírem essa característica singular, é possível utilizar os diodos como
retificadores de sinal, transformando corrente alternada em corrente contínua
pulsante. Esse tipo de circuito recebe o nome de circuito retificador de meia onda,
quando possui apenas um diodo; circuito retificador de onda completa, quando
possui dois diodos com um transformador com center tape, ou quatro diodos ligados
em ponte com transformador simples.
A tensão conduzida nos diodos é contínua e pulsante. Por se tratar de um
valor que oscila no tempo, não sendo constante, utiliza-se filtragem capacitiva a fim
de propiciar um aumento na constância da forma de onda. A filtragem capacitiva dá-
se por meio da alocação de um capacitor em paralelo à carga do circuito, fazendo
com que o capacitor carregue-se com a tensão de pico e descarregue-se com a
mesma tensão nos intervalos em que o pulso de tensão está descendendo.
Este trabalho tem por objetivo realizar a apresentação dos resultados de um
conjunto de práticas experimentais a respeito dos circuitos retificadores de meia
onda, com e sem filtro capacitivo, bem como os resultados obtidos com circuitos
retificadores de onda completa, seja com dois diodos ou em ponte, seja com
filtragem capacitiva ou não.
Pretende-se com esse relatório apresentar o princípio de funcionamento dos
diodos, tanto diretamente, quanto reversamente polarizados; abordando a sua
construção e material de confecção, além dos métodos de medição das tensões em
ambas as disposições. A fim de fundamentar a elaboração deste relatório, as
metodologias empregadas foram: a revisão bibliográfica, a qual foi realizada
utilizando livros, websites, apostilas virtuais; e a prática de laboratório, realizada com
base nos roteiros da prática disponibilizados pelo docente ou nas solicitações deste.
6
2 TEORIA GERAL DOS DIODOS
Diodos, representados na Figura 1, são dispositivos eletrônicos destinados a
condução de corrente em um único sentido. Esses dispositivos atuam como chaves
eletrônicas, que de acordo com Boylestad e Nashelsky (2004, p. 1), possuem como
características ideais “as de uma chave que teria a capacidade de conduzir corrente
em um único sentido”. Estes atuam como circuito aberto quando busca-se passar
corrente em sentido oposto, àquela que ele está configurado.
Figura 1 – Simbologia dos diodos, gráfico das características de tensão e corrente
Fonte: BOYLESTAD e NASHELSKY, 2004, P. 1.
Analisando a Figura 1, no eixo das abscissas, eixo x, horizontal, dispõe-se os
valores de tensão, enquanto no eixo das ordenadas, eixo y, vertical, dispõe-se os
valores da corrente. A Figura 1 ilustra que o elemento possui duas extremidades:
ânodo, positivo; e cátodo, negativo.
Há duas configurações, ambas são apresentadas na Figura 2, possíveis para
os diodos: configurado como chave fechada, possibilitando a passagem de corrente,
quando diretamente polarizado, portanto, a corrente flui do ânodo para o cátodo, da
extremidade positiva, para a negativa; ou configurado como chave aberta, impedindo
a passagem de corrente, nesse caso o polo positivo conecta-se ao cátodo e o polo
negativo no ânodo, estando assim inversamente polarizado.
Figura 2 – Comportamento dos diodos: (a) diretamente polarizado; (b) inversamente polarizado
Fonte: BOYLESTAD e NASHELSKY, 2004, P. 2.
7
Desse modo, Boylestad e Nashelsky (2004, p. 2), concluem que a polarização
do diodo ideal ocorrerá: “como um curto-circuito na região de condução” ou “como
um circuito aberto na região de não-condução”. Entretanto, diferente de um curto-
circuito, ao permitirem a passagem de corrente, os diodos gerarão uma queda de
tensão constante, com valor fixo e definido, que variará de acordo com o material de
confecção desses.
Grosso modo, os diodos funcionam a partir do princípio da dopagem, que
consiste em um método de despurificação dos cristais confeccionados a partir de
material semicondutor. Esses elementos são constituídos de uma ligação PN, isto é,
metade do diodo é confeccionado com um material semicondutor com excesso de
lacunas (elétrons faltando na camada de valência do cristal), P; enquanto a outra
metade é confeccionado com material semicondutor sem lacunas (com excesso de
elétrons), N.
A ligação PN, ilustrada na Figura 3 (a), consiste, portanto, naquela em que os
elétrons em excesso da camada N migram para a camada P, que possui menos
elétrons. O ponto de interseção, e o local onde ocorre essa migração é a zona de
junção, que após o processo de migração desencadeará na formação da camada de
depleção. O fluxo de elétrons se dá através da ruptura da barreira potencial, para
isso a tensão submetida ao diodo deve superior à 0,3 V para diodos confeccionados
em Germânio e 0,7 V para diodos de Silício, valores que correspondem à queda de
tensão gerada, estando o mesmo diretamente polarizado, Figura 3 (b).
Figura 3 – (a) simbologia diodos; (b) gráfico das características de tensão e corrente
(a) (b)
Fonte: MALVINO e BATES, 2011, P. 39-40.
A figura 4 apresenta a curva característica do diodo. De acordo com o gráfico,
o diodo possui os seguintes pontos fundamentais: região direta, joelho, região
inversa, corrente inversa e ponto de ruptura.
8
Figura 4 – Curva característica do diodo ideal
Fonte: MALVINO e BATES, 2011, P. 61.
A região direta é aquela em que o diodo trabalha diretamente polarizado,
portanto, é aquela em que há o fluxo de corrente. O joelho, aproximadamente 0,7 V
para diodos de Silício, é o ponto em que inicia-se a condução de corrente com
intensidade. De acordo com Malvino e Bates (2011, P. 61), “a tensão de joelho é
igual a barreira potencial. [...] Se for maior, o diodo conduz intensamente. Se for
menor, o diodo conduz fracamente”.
A região reversa é aquela em que o diodo está inversamente polarizado,
portanto, não conduzindo corrente. Observa-se no gráfico da Figura 4, que corrente
inversa tende à zero, da esquerda para a direita; contudo no ponto de ruptura há o
fluxo de corrente negativa. O ponto de ruptura é a tensão máxima suportada pelo
diodo quando inversamente polarizado, caso essa tensão seja alcançada o
componente é danificado. De acordo com Malvino e Bates (2011, P. 62), além dessa
tensão, há ainda a corrente contínua máxima, que é definida como sendo a corrente
cujos valores são muitos altos e podem desencadear “calor excessivo [que] pode
destruí-lo”.
Como nas práticas realizadas com diodos utilizou-se a tensão da rede
elétrica, que, por padrão, é alternada; há algumas propriedades físicas específicas
desse tipo de corrente que devem ser apresentadas. Inicialmente, salienta-se que o
gráfico da corrente alternada possui natureza senoidal, alterna-se periodicamente ao
decorrer do tempo e possui como unidade de medida ampère [A] apresentado na
Figura 2.
9
Figura 5 – Gráfico da corrente alternada
Fonte: Regô, 2013.
Como apresentado no gráfico, existem três tipos de tensão: a tensão eficaz
(Vrms), equação 1, tensão comercial cuja potência é a mesma, seja corrente
alternada ou contínua; tensão máxima ou tensão de pico, é a máxima tensão
alcançada pelo circuito; apresenta-se, ainda, a tensão média, não abordada nesse
trabalho. Há ainda a tensão de pico à pico (Vpp), equação 2. A unidade de tensão é
volt [V].
𝑉𝑟 𝑚𝑠 =
1
√2
𝑉𝑚 𝑎𝑥 (1)
𝑉𝑃𝑃 = 2𝑉𝑚𝑎𝑥 (2)
Do gráfico da figura 5, podemos extrair ainda o período, e consequentemente,
a frequência, equação 3, da tensão analisada. O eixo horizontal, representa o
tempo. O período consiste no tempo decorrido entre o início da onda senoidal, até o
seu fim. Ao fim do período, a onda senoidal passa a repetir-se ciclicamente. Obtém-
se a frequência, pois esta é o inverso do período. A frequência nada mais é do que a
quantidade de ciclos por segundo, medido em Hertz. A frequência padrão da rede
elétrica é 60 Hz. Onde: f = frequência [Hz]; T = Período [s]
𝑓 =
1
𝑇
(3)
10
Foi utilizado um transformador abaixador, que possui como principal
característica a geração de uma redução na tensão de entrada do primário. A tensão
de saída do secundário é menor que tensão de entrada, contudo essa variação
ocorre sem alterar a potência e a frequência original.
Na prática realizada, utilizou-se os circuitos retificadores, os quais consistem
naqueles que utilizam um, dois ou quatro diodos, que podem estar em série, em
paralelo ou em série e em paralelo, de acordo com o tipo de transformador utilizado
e sua aplicação. Esses circuitos possuem como função converter a tensão senoidal,
em tensão contínua pulsante, podendo ser filtrada com o auxílio de um capacitor,
fazendo com que essa torne-se próxima de um sinal constante.
Os circuitos retificadores construídos com apenas um diodo, que encontra-se
imediatamente após a saída do secundário do transformador, em série com a carga
resistiva, denominam-se circuito retificadores de meia onda, Figura 6 (b), devido à
forma de onda, Figura 6 (a), característica dessa construção.
Figura 6 – (a) tensão senoidal do secundário; (b) circuito retificador de meia onda; (c) forma de meia
onda da tensão contínua pulsante na carga (saída)
Fonte: Adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 90.
Devido a singular propriedade do diodo em conduzir em apenas um sentido,
quando a tensão está em seu semiciclo positivo o diodo conduz, havendo uma
queda de tensão de 0,7 V (VD), equação 4, contudo quando a tensão está em seu
semiciclo negativo, o diodo não conduz, Figura 6 (c). Nessa situação, o valor da
tensão média contínua na carga (VCC) pode ser calculado através da equação 5.
Onde: Vp = tensão de pico; Vs = tensão do secundário; VD = tensão do diodo; Vcc =
tensão média (contínua); π ≈ 3,14, sendo que todas as tensões são medidas em
Volts.
𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝐷 (4)
𝑉𝑐𝑐 =
𝑉𝑝
𝜋
ou 𝑉𝑐𝑐 ≈ 0,318𝑉𝑝 (5)
11
Para os retificadores de onda completa com transformador com derivação
central, tanto o funcionamento, quanto a forma de onda é a ilustrada na Figura 7. O
calcula da tensão média pode ser obtido através da equação 6. Sendo que nesse
tipo de circuito, a frequência de saída é o dobro da frequência de entrada, equação
7. O valor da tensão de pico, assim como o anterior, é a tensão do secundário
subtraído da queda de tensão do diodo, equação 8.
Figura 7 – (a) circuito retificador de onda completa; (b) circuito equivalente ao retificador de meia
onda para o semiciclo positivo; (c) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo
negativo; (d) forma de onda completa na saída
Fonte: Adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 96.
𝑉𝑐 𝑐 =
2𝑉𝑝
𝜋
ou 𝑉𝑐 𝑐 ≈ 0,636𝑉𝑝 (6)
𝐹𝑠 = 2𝐹𝑒𝑛 (7)
𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝐷 (8)
Para o circuito retificador de onda completa em ponte, as equações 6 e 7 são
as mesmas. Contudo, a tensão de pico é calculado com base na queda de tensão
de dois diodos, equação 9. A Figura 8 apresenta o circuito retificador de onda
completa em ponte.
𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 2𝑉𝐷 (9)
Figura 8 – (a) circuito retificador de onda completa em ponte; (b) circuito equivalente ao retificador de
meia onda para o semiciclo positivo com dois diodos; (c) circuito equivalente ao retificador de meia
onda para o semiciclo negativo com dois diodos; (d) forma de onda completa na saída
Fonte: Adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 100.
12
3 PRÁTICA EXPERIMENTAL
O procedimento experimental com circuitos retificadores, foi realizado em dias
distintos. A cada nova aula prática, realizou-se novos experimentos propostos pelo
professor. Todos os procedimentos foram iniciados com a entrega e leitura do roteiro
pelas equipes, pelo orientador do experimento o professor Edvaldo Sobral. As
práticas procederam-se em grupo de quatro pessoas, os quais foram os
responsáveis por realizar a montagem do circuito, medição e coleta de dados dos
experimentos. Para todos os casos, a tensão do primário foi da rede elétrica: 127 V.
Em todas as práticas, a equipe recebeu o material necessário para realiza-las,
nas situações, foram entregues, de acordo com as necessidades de cada uma das
práticas: multímetro digital, protoboard, transformador abaixador, tomada,
osciloscópio, ponta de prova, diodos, resistor, capacitor, alicate de corte e de bico.
Após a entrega do material, iniciou-se o procedimento experimental.
3.1 CIRCUITO RETIFICADOR DE MEIA ONDA
Na primeira etapa do procedimento, reuniu-se o material necessário para
montar o circuito, Figura 9 (a), em seguida montou-se o circuito do retificador de
meia onda. O circuito foi construído em uma protoboard, sendo constituído por um
transformador abaixador, com um diodo disposto imediatamente após a saída do
secundário, que está em série com uma carga resistiva, o diagrama é ilustrado na
figura 9 (b). O diodo encontra-se diretamente polarizado nesse circuito.
Figura 9 – (a) material utilizado na montagem do circuito (b) Circuito retificador de meia onda
(a) (b)
Fonte: Autoria própria.
13
Seguindo o procedimento experimental do roteiro, iniciou-se a medição da
tensão no secundário, no diodo e na carga, utilizando o multímetro digital, os
resultados da medição são apresentados na tabela 1. O procedimento de medição
com o multímetro iniciou-se com a verificação da calibração do multímetro, com o
teste sonoro. Verificando-se que, além do ruído, há indicação de leitura era zero,
iniciou-se o procedimento de medição.
Tabela 1 – Grandezas elétricas medidas com multímetro e calculadas
Componente VAC VDC Vcalculado Icalculada Pcalculado
Vsecundário 15,65 0
Vdiodo 6,85
Vcarga 6,85 7,00 2,5∙10-4 A 17,5∙10-4 W
Fonte: Autoria própria.
A tensão VAC é rms, tanto no diodo, quanto na carga não há tensão alternada,
pois o papel do diodo é justamente retificar o sinal, fazendo com que esse torne-se
contínuo e pulsante. No secundário do transformador, a tensão contínua é zero,
tendo em vista que o secundário é alternado. Na carga, para o cálculo da corrente
utilizou a primeira lei de ohm, V = RI; e para o cálculo da potência utilizou: P = VI,
obtendo-se, assim, os valores calculados. O V calculado na carga, foi obtido através
da aplicação da equação 5, contudo desconsiderou-se a queda de tensão do diodo
de silício, 0,7 V.
A Figura 10 apresenta o procedimento de medição da tensão com o
multímetro, no secundário, no diodo e na carga. Para os três casos segue-se o
mesmo procedimento: a ponta de prova conectada ao COM do multímetro (de cor
preta), é posta sobre o polo negativo do componente, enquanto a ponta de prova
vermelha é posta sobre o polo positivo do dispositivo.
Figura 10 – Medição com o multímetro: (a) do secundário; (b) do diodo (b) da carga
(a) (b) (c)
Fonte: Autoria própria.
14
Após essa etapa, realizou-se a medição das tensões com o osciloscópio, o
procedimento é ilustrado na Figura 11. Antes de iniciar a medição, deve-se verificar
se o osciloscópio encontra-se devidamente calibrado, se está funcionando, observar
a linha de referência por meio da tecla GND, caso não coincida com o zero, deve-se
ajustá-la.
Figura 11 – Medição com o osciloscópio: (a) do diodo; (b) da carga
(a) (b)
Fonte: Autoria própria.
O processo de medição se deu com a utilização da ponta de prova do
osciloscópio. O “jacaré” é posto no polo negativo e a ponta de prova no polo positivo.
No caso do diodo, o “jacaré” é posto no cátodo, e o a ponta de prova no ânodo. Os
resultados obtidos por meio dessa medição, as formas de onda das tensões em
cada componente do circuito, são ilustrados na Figura 12.
Figura 12 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) no diodo (b) na carga
(a) (b) (c)
Fonte: Autoria própria.
15
Quando os gráficos são gerados deve-se ajustar as escalas, a fim de torná-la
totalmente inserida no visor (sem bordas fora deste), e relativamente constante. As
escalas utilizadas são: volts por divisão (V/div), para o eixo vertical; e a base de
tempo, em segundos por divisão (s/div), para o eixo horizontal. A primeira escala diz
respeito ao comprimento da onda, e a segunda a constância da imagem. Caso
apenas o ajuste da escala aferição apropriada, utiliza-se o fator de multiplicação da
ponta de prova do osciloscópio, que reduz a forma de onda em até dez vezes.
No contexto da prática utilizada, a base de tempo foi 5 ms/div e a base da
tensão foi 1 V/div, utilizando-se multiplicador de dez vezes. Os valores obtidos foram
22 volts para o secundário; e 21,3 V para o diodo e para a carga, que podem ser
obtidos teoricamente, também, através da aplicação da equação 4, representado na
equação 10.
𝑉𝑝 = 22 − 0,7 → 𝑉𝑝 = 21,3 𝑉 (10)
Observa-se, devido ao comprimento da onda, que na carga foi utilizada uma
voltagem por divisão diferente dos demais, nesse caso utilizou-se 5 V/div para
melhorar a leitura da grandeza medida, alcançando-se o valor de 21,3 V, assim
como no diodo. A Figura 13 apresenta o diagrama de montagem do circuito em
questão.
Figura 13 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda diretamente polarizado
Fonte: CORRADI, 2014.
16
Com a conclusão da primeira medição, e verificação da forma de onda, que
mostrou-se coerente em relação aos aspectos teóricos estudados, o próximo passo
foi utilizar o diodo inversamente polarizado. Nesse procedimento, apresentado na
Figura 14, o diodo foi invertido, e o circuito manteve-se o mesmo.
Figura 14 – Medição com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado; (b) da carga
(a) (b)
Fonte: Autoria própria.
Os resultados obtidos após essa medição são apresentados na Figura 15, a
intensidade das tensões são as mesmas. Contudo, se analisarmos o gráfico
observar-se-á que há uma inversão da forma de onda medida na carga e no diodo.
O gráfico da forma de onda do secundário é o mesmo do retificador de meia onda
diretamente polarizado, por isso o mesmo não foi apresentado. A base de tempo da
medição foram 5 ms/div e do eixo das ordenadas 5 V/div.
Figura 15 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado; (b) da carga
(a) (b)
Fonte: Autoria própria.
O roteiro do experimento solicitou que fosse construída nova tabela para
apresentar os resultados obtidos, porém por se tratar de mesma situação, com
17
mesmo valores, apenas com o sinal invertido, optou-se pro não construí-lo. A Figura
16 apresenta o diagrama de montagem desse circuito com diodo inversamente
polarizado.
Figura 16 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda inversamente polarizado
Fonte: CORRADI, 2014.
O último procedimento da prática com circuitos retificadores de meia onda,
consistiu na filtragem, por meio da utilização do capacitor, do sinal retificado.
Adicionou-se o capacitor em paralelo à carga, obtendo-se uma forma de onda DC
mais ou menos constante. O diagrama de montagem é apresentado na figura 17.
Figura 17 – Circuito retificador de meia onda com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de
montagem
(a) (b)
Fonte: (a) Autoria própria; (b) CORRADI, 2014.
A filtragem capacitiva se dá por meio do carregamento do capacitor com a
tensão de pico do circuito, enquanto o diodo está retificando. Com a conclusão da
retificação, devido a inversão do semiciclo, o capacitor já carregado, começa a
descarregar a tensão diminuindo, assim, a diferença entre os semiciclos, Figura 18
(a). O elemento da descarga, que é a ondulação de saída AC, responsável pela
redução da diferença entre os elementos denomina-se ripple e é apresentado na
figura 18 (b). O valor DC medido foi aproximadamente 20 V.
18
Figura 18 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do ripple
(a) (b)
Fonte: Autoria própria.
3.2 CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA
O circuito retificador de onda completa é aquele em que a retificação de onda
ocorre tanto no semiciclo positivo, quanto no negativo. Para isso, há dois métodos:
com dois diodos e transformador com derivação central; ou em ponte. Em ambos os
casos, a forma de onda é a mesma, a frequência é o dobro da frequência de
entrada. Contudo há uma diferença notável no valor da tensão retificada entre os
dois tipos, com dois diodos a queda de tensão gerada pelo diodo é 0,7 V; enquanto
no segundo tipo a queda de tensão é a referente à dois diodos em série: 1,4 V.
A prática primeira prática realizada utilizou dois diodos, uma carga resistiva de
27 Ω, um multímetro, um osciloscópio, um protoboard, e um transformador abaixador
com derivação central. O circuito foi montado como na Figura 19 (a) e possui o
diagrama de montagem da figura 19 (b).
Figura 19 – Circuito retificador de onda completa: (a) montado; (b) Diagrama de montagem
(a) (b)
Fonte: (a) Autoria própria; (b) CORRADI, 2014.
19
O procedimento de medição deu-se justamente como no circuito retificador de
meia onda, ponta de prova negativa no cátodo, ponta de prova positiva no ânodo,
para o diodo; ponta de prova positiva no polo positivo, e o inverso também, no
resistor. Mediu-se a forma de onda no secundário, na carga e nos diodos, a Figura
20 apresenta a medição no secundário e na carga.
Figura 20 – Medição com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga
(a) (b)
Fonte: Autoria própria.
Seguindo o procedimento experimental, mediu-se a tensão do secundário,
verificando que esta era igual a 22 V. Com a medição das tensões, gerou-se os
gráficos da Figura 21. Observa-se que ao medir a tensão DC na carga com o
osciloscópio a forma de onda assumida pelo mesmo é de tensão contínua pulsante.
Utilizou-se 5 volts por divisão como escala.
Figura 21 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC] (b) na carga [DC]
(a) (b) (c)
Fonte: Autoria própria.
Seguindo o procedimento experimental, mediu-se a tensão do secundário,
verificando que esta era igual a 22 V. Com a medição das tensões, gerou-se os
gráficos da Figura 21. Observa-se que ao medir a tensão DC na carga com o
20
osciloscópio a forma de onda assumida pelo mesmo é de tensão contínua pulsante.
Utilizou-se 5 volts por divisão como escala. O Valor VDC medido com o osciloscópio
foi igual a aproximadamente 7,0 V.
Com a conclusão dessa etapa, adicionou-se o capacitor em paralelo à carga,
a fim de realizar a filtragem capacitiva, figura 22. Após a nova montagem, realizou-
se a medição das tensões na carga e de ripple. Os novos gráficos da forma de onda
da tensão são apresentados na figura 23.
Figura 22 – Circuito retificador de onda completa com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama
de montagem
(a) (b)
Fonte: (a) Autoria própria; (b) adaptações de CORRADI, 2014.
Figura 23 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do ripple
Fonte: Autoria própria.
Observa-se nos gráficos que ocorreu uma queda no valor do ripple em
relação a retificação de meia onda. O gráficos da tensão DC após a filtragem
capacitiva mostra-se como uma constante. O valor VDC na carga medido após a
filtragem foi igual à 11 V. O valor calculado em sala laboratório foi 10,5 V. O valor do
ripple foi de 3 mV.
21
O segundo circuito retificador de onda completa construído foi o em ponte. O
circuito foi montado como na Figura 24. Os gráficos obtidos são como apresentados
na Figura 25.
Figura 24 – Circuito retificador de onda completa em ponte: (a) montado; (b) Diagrama de montagem
(a) (b)
Fonte: (a) Autoria própria; (b) adaptações de CORRADI, 2014.
Figura 25 – Gráficos obtidos com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC] (b) na
carga [DC]
(a) (b) (c)
Fonte: Autoria própria.
A tensão medida no secundário do transformador foi igual a 22,0 V de pico
AC. A tensão VDC calculada na carga sem o capacitor, aplicando a equação 6, e
obtendo a equação 11, foi 14,01 V. Quando aferiu-se a tensão no osciloscópio
obteve-se o mesmo valor, coincidindo com a tensão medida.
𝑉𝐷𝐶 =
2∙22
3,14
→ 𝑉𝐷𝐶 = 14,0 𝑉 (11)
A continuação desse experimento deu-se com a filtragem capacitiva do sinal
retificado. O circuito montado e o diagrama de montagem são apresentados na
22
figura 26. Com a medição obteve-se os gráficos do ripple, figura 27, e o valor VDC da
carga. O valor VDC medido foi igual a 22 V.
Figura 26 – Circuito retificador de onda completa em ponte com filtragem capacitiva: (a) montado; (b)
Diagrama de montagem
(a) (b)
Fonte: (a) Autoria própria; (b) adaptações de CORRADI, 2014.
Figura 27 – Ripple
Fonte: Autoria própria.
Figura 28 – Prática EXTRA: Circuito Integrado de retificador de onda completa em ponte
Fonte: Autoria própria.
23
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com a prática sobre os circuitos retificadores de meia onda, onda completa,
seja em ponte ou com transformador com derivação central, com filtragem capacitiva
ou não, foi possível compreender a importância, as possíveis aplicações e o
princípio de funcionamento dos diodos.
Foi possível compreender a natureza da tensão conduzida nos diodos, que é
contínua e pulsante. Concebendo que este valor é variável no decorrer do tempo,
não possuindo a característica de ser constante, apesar de ser contínuo. Nas
práticas realizadas, utilizou-se o capacitor para aumentar a constância da forma de
onda, efetuando o procedimento da filtragem capacitiva com sucesso.
Apresentou-se o princípio de funcionamento dos diodos, tanto diretamente,
quanto reversamente polarizados; abordando os métodos de medição das tensões
em ambas as disposições. Além de apresentar os resultados da prática, verificando
que os gráficos gerados são coerentes com os conteúdos estudados e com a
abordagem teórica proposta.
REFERÊNCIAS
BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e teoria de
circuitos. Tradução Rafael Monteiro Simon. 8. ed. São Paulo: Pearson Prentice
Hall, 2004.
MALVINO, A.; BATES, D. J. Eletrônica: Volume 1. Tradução Romeu Abdo. 7. ed.
Porto Alegre: AMGH, 2011.
CORRADI. Circuitos Retificadores. In: Informações Elementares: projetos práticos.
[S.l]: UNIP, [S. A].
PINTO, L. F. T.; ALBUQUERQUE, R. O. Eletrônica: eletrônica analógica. São
Paulo: Fundação Padre Anchieta, 2011.

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  • 1. DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL VICTOR SAID RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL: CIRCUITO RETIFICADOR: MEIA ONDA E ONDA COMPLETA Salvador 2014
  • 2. VICTOR SAID RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL: CIRCUITO RETIFICADOR: MEIA ONDA E ONDA COMPLETA Relatório de prática experimental, solicitado pelo professor Edvaldo Sobral, como requisito de avaliação parcial da I Unidade da disciplina de Eletrônica Analógica Prática, no Instituto Federal Bahia – IFBA, Câmpus Salvador. Prática realizada sob orientação do Prof. Edvaldo Sobral. Salvador 2014
  • 3. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Simbologia dos diodos, gráfico das características de tensão e corrente ..6 Figura 2 – Comportamento dos diodos: (a) diretamente polarizado; (b) inversamente polarizado....................................................................................................................6 Figura 3 – (a) simbologia diodos; (b) gráfico das características de tensão e corrente ....................................................................................................................................7 Figura 4 – Curva característica do diodo ideal ............................................................8 Figura 5 – Gráfico da corrente alternada.....................................................................9 Figura 6 – (a) tensão senoidal do secundário; (b) circuito retificador de meia onda; (c) forma de meia onda da tensão contínua pulsante na carga (saída) ....................10 Figura 7 – (a) circuito retificador de onda completa; (b) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo positivo; (c) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo negativo; (d) forma de onda completa na saída .........................................................................................................................11 Figura 8 – (a) circuito retificador de onda completa em ponte; (b) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo positivo com dois diodos; (c) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo negativo com dois diodos; (d) forma de onda completa na saída........................................................................11 Figura 9 – (a) material utilizado na montagem do circuito (b) Circuito retificador de meia onda..................................................................................................................12 Figura 10 – Medição com o multímetro: (a) do secundário; (b) do diodo (b) da carga ..................................................................................................................................13 Figura 11 – Medição com o osciloscópio: (a) do diodo; (b) da carga ........................14 Figura 12 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) no diodo (b) na carga .........................................................................................................................14 Figura 13 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda diretamente polarizado..................................................................................................................15 Figura 14 – Medição com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado; (b) da carga ....................................................................................................................16 Figura 15 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado; (b) da carga...............................................................................................................16
  • 4. Figura 16 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda inversamente polarizado ...........................................................................................17 Figura 17 – Circuito retificador de meia onda com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de montagem.......................................................................................17 Figura 18 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do ripple .........................................................................................................................18 Figura 19 – Circuito retificador de onda completa: (a) montado; (b) Diagrama de montagem .................................................................................................................18 Figura 20 – Medição com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga ...............19 Figura 21 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC] (b) na carga [DC].......................................................................................................19 Figura 22 – Circuito retificador de onda completa com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de montagem.......................................................................20 Figura 23 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do ripple .........................................................................................................................20 Figura 24 – Circuito retificador de onda completa em ponte: (a) montado; (b) Diagrama de montagem............................................................................................21 Figura 25 – Gráficos obtidos com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC] (b) na carga [DC]...............................................................................................21 Figura 26 – Circuito retificador de onda completa em ponte com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de montagem .................................................................22 Figura 27 – Ripple.....................................................................................................22 Figura 27 – Prática EXTRA: Circuito Integrado de retificador de onda completa em ponte .........................................................................................................................22
  • 5. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................5 2 TEORIA GERAL DOS DIODOS ..............................................................................6 3 PRÁTICA EXPERIMENTAL ..................................................................................12 3.1 CIRCUITO RETIFICADOR DE MEIA ONDA.......................................................12 3.2 CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA............................................18 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................23 REFERÊNCIAS.........................................................................................................23
  • 6. 5 1 INTRODUÇÃO Diodos são componentes eletrônicos, confeccionados com materiais semicondutores, destinados à permitirem a passagem de corrente em um único sentido, sendo conhecidos como chaves eletrônicas, devido à essa peculiaridade. São elementos com polos, positivo e negativo, definidos. O fluxo de corrente ocorre quando estão diretamente polarizados, do polo positivo ao polo negativo. Por possuírem essa característica singular, é possível utilizar os diodos como retificadores de sinal, transformando corrente alternada em corrente contínua pulsante. Esse tipo de circuito recebe o nome de circuito retificador de meia onda, quando possui apenas um diodo; circuito retificador de onda completa, quando possui dois diodos com um transformador com center tape, ou quatro diodos ligados em ponte com transformador simples. A tensão conduzida nos diodos é contínua e pulsante. Por se tratar de um valor que oscila no tempo, não sendo constante, utiliza-se filtragem capacitiva a fim de propiciar um aumento na constância da forma de onda. A filtragem capacitiva dá- se por meio da alocação de um capacitor em paralelo à carga do circuito, fazendo com que o capacitor carregue-se com a tensão de pico e descarregue-se com a mesma tensão nos intervalos em que o pulso de tensão está descendendo. Este trabalho tem por objetivo realizar a apresentação dos resultados de um conjunto de práticas experimentais a respeito dos circuitos retificadores de meia onda, com e sem filtro capacitivo, bem como os resultados obtidos com circuitos retificadores de onda completa, seja com dois diodos ou em ponte, seja com filtragem capacitiva ou não. Pretende-se com esse relatório apresentar o princípio de funcionamento dos diodos, tanto diretamente, quanto reversamente polarizados; abordando a sua construção e material de confecção, além dos métodos de medição das tensões em ambas as disposições. A fim de fundamentar a elaboração deste relatório, as metodologias empregadas foram: a revisão bibliográfica, a qual foi realizada utilizando livros, websites, apostilas virtuais; e a prática de laboratório, realizada com base nos roteiros da prática disponibilizados pelo docente ou nas solicitações deste.
  • 7. 6 2 TEORIA GERAL DOS DIODOS Diodos, representados na Figura 1, são dispositivos eletrônicos destinados a condução de corrente em um único sentido. Esses dispositivos atuam como chaves eletrônicas, que de acordo com Boylestad e Nashelsky (2004, p. 1), possuem como características ideais “as de uma chave que teria a capacidade de conduzir corrente em um único sentido”. Estes atuam como circuito aberto quando busca-se passar corrente em sentido oposto, àquela que ele está configurado. Figura 1 – Simbologia dos diodos, gráfico das características de tensão e corrente Fonte: BOYLESTAD e NASHELSKY, 2004, P. 1. Analisando a Figura 1, no eixo das abscissas, eixo x, horizontal, dispõe-se os valores de tensão, enquanto no eixo das ordenadas, eixo y, vertical, dispõe-se os valores da corrente. A Figura 1 ilustra que o elemento possui duas extremidades: ânodo, positivo; e cátodo, negativo. Há duas configurações, ambas são apresentadas na Figura 2, possíveis para os diodos: configurado como chave fechada, possibilitando a passagem de corrente, quando diretamente polarizado, portanto, a corrente flui do ânodo para o cátodo, da extremidade positiva, para a negativa; ou configurado como chave aberta, impedindo a passagem de corrente, nesse caso o polo positivo conecta-se ao cátodo e o polo negativo no ânodo, estando assim inversamente polarizado. Figura 2 – Comportamento dos diodos: (a) diretamente polarizado; (b) inversamente polarizado Fonte: BOYLESTAD e NASHELSKY, 2004, P. 2.
  • 8. 7 Desse modo, Boylestad e Nashelsky (2004, p. 2), concluem que a polarização do diodo ideal ocorrerá: “como um curto-circuito na região de condução” ou “como um circuito aberto na região de não-condução”. Entretanto, diferente de um curto- circuito, ao permitirem a passagem de corrente, os diodos gerarão uma queda de tensão constante, com valor fixo e definido, que variará de acordo com o material de confecção desses. Grosso modo, os diodos funcionam a partir do princípio da dopagem, que consiste em um método de despurificação dos cristais confeccionados a partir de material semicondutor. Esses elementos são constituídos de uma ligação PN, isto é, metade do diodo é confeccionado com um material semicondutor com excesso de lacunas (elétrons faltando na camada de valência do cristal), P; enquanto a outra metade é confeccionado com material semicondutor sem lacunas (com excesso de elétrons), N. A ligação PN, ilustrada na Figura 3 (a), consiste, portanto, naquela em que os elétrons em excesso da camada N migram para a camada P, que possui menos elétrons. O ponto de interseção, e o local onde ocorre essa migração é a zona de junção, que após o processo de migração desencadeará na formação da camada de depleção. O fluxo de elétrons se dá através da ruptura da barreira potencial, para isso a tensão submetida ao diodo deve superior à 0,3 V para diodos confeccionados em Germânio e 0,7 V para diodos de Silício, valores que correspondem à queda de tensão gerada, estando o mesmo diretamente polarizado, Figura 3 (b). Figura 3 – (a) simbologia diodos; (b) gráfico das características de tensão e corrente (a) (b) Fonte: MALVINO e BATES, 2011, P. 39-40. A figura 4 apresenta a curva característica do diodo. De acordo com o gráfico, o diodo possui os seguintes pontos fundamentais: região direta, joelho, região inversa, corrente inversa e ponto de ruptura.
  • 9. 8 Figura 4 – Curva característica do diodo ideal Fonte: MALVINO e BATES, 2011, P. 61. A região direta é aquela em que o diodo trabalha diretamente polarizado, portanto, é aquela em que há o fluxo de corrente. O joelho, aproximadamente 0,7 V para diodos de Silício, é o ponto em que inicia-se a condução de corrente com intensidade. De acordo com Malvino e Bates (2011, P. 61), “a tensão de joelho é igual a barreira potencial. [...] Se for maior, o diodo conduz intensamente. Se for menor, o diodo conduz fracamente”. A região reversa é aquela em que o diodo está inversamente polarizado, portanto, não conduzindo corrente. Observa-se no gráfico da Figura 4, que corrente inversa tende à zero, da esquerda para a direita; contudo no ponto de ruptura há o fluxo de corrente negativa. O ponto de ruptura é a tensão máxima suportada pelo diodo quando inversamente polarizado, caso essa tensão seja alcançada o componente é danificado. De acordo com Malvino e Bates (2011, P. 62), além dessa tensão, há ainda a corrente contínua máxima, que é definida como sendo a corrente cujos valores são muitos altos e podem desencadear “calor excessivo [que] pode destruí-lo”. Como nas práticas realizadas com diodos utilizou-se a tensão da rede elétrica, que, por padrão, é alternada; há algumas propriedades físicas específicas desse tipo de corrente que devem ser apresentadas. Inicialmente, salienta-se que o gráfico da corrente alternada possui natureza senoidal, alterna-se periodicamente ao decorrer do tempo e possui como unidade de medida ampère [A] apresentado na Figura 2.
  • 10. 9 Figura 5 – Gráfico da corrente alternada Fonte: Regô, 2013. Como apresentado no gráfico, existem três tipos de tensão: a tensão eficaz (Vrms), equação 1, tensão comercial cuja potência é a mesma, seja corrente alternada ou contínua; tensão máxima ou tensão de pico, é a máxima tensão alcançada pelo circuito; apresenta-se, ainda, a tensão média, não abordada nesse trabalho. Há ainda a tensão de pico à pico (Vpp), equação 2. A unidade de tensão é volt [V]. 𝑉𝑟 𝑚𝑠 = 1 √2 𝑉𝑚 𝑎𝑥 (1) 𝑉𝑃𝑃 = 2𝑉𝑚𝑎𝑥 (2) Do gráfico da figura 5, podemos extrair ainda o período, e consequentemente, a frequência, equação 3, da tensão analisada. O eixo horizontal, representa o tempo. O período consiste no tempo decorrido entre o início da onda senoidal, até o seu fim. Ao fim do período, a onda senoidal passa a repetir-se ciclicamente. Obtém- se a frequência, pois esta é o inverso do período. A frequência nada mais é do que a quantidade de ciclos por segundo, medido em Hertz. A frequência padrão da rede elétrica é 60 Hz. Onde: f = frequência [Hz]; T = Período [s] 𝑓 = 1 𝑇 (3)
  • 11. 10 Foi utilizado um transformador abaixador, que possui como principal característica a geração de uma redução na tensão de entrada do primário. A tensão de saída do secundário é menor que tensão de entrada, contudo essa variação ocorre sem alterar a potência e a frequência original. Na prática realizada, utilizou-se os circuitos retificadores, os quais consistem naqueles que utilizam um, dois ou quatro diodos, que podem estar em série, em paralelo ou em série e em paralelo, de acordo com o tipo de transformador utilizado e sua aplicação. Esses circuitos possuem como função converter a tensão senoidal, em tensão contínua pulsante, podendo ser filtrada com o auxílio de um capacitor, fazendo com que essa torne-se próxima de um sinal constante. Os circuitos retificadores construídos com apenas um diodo, que encontra-se imediatamente após a saída do secundário do transformador, em série com a carga resistiva, denominam-se circuito retificadores de meia onda, Figura 6 (b), devido à forma de onda, Figura 6 (a), característica dessa construção. Figura 6 – (a) tensão senoidal do secundário; (b) circuito retificador de meia onda; (c) forma de meia onda da tensão contínua pulsante na carga (saída) Fonte: Adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 90. Devido a singular propriedade do diodo em conduzir em apenas um sentido, quando a tensão está em seu semiciclo positivo o diodo conduz, havendo uma queda de tensão de 0,7 V (VD), equação 4, contudo quando a tensão está em seu semiciclo negativo, o diodo não conduz, Figura 6 (c). Nessa situação, o valor da tensão média contínua na carga (VCC) pode ser calculado através da equação 5. Onde: Vp = tensão de pico; Vs = tensão do secundário; VD = tensão do diodo; Vcc = tensão média (contínua); π ≈ 3,14, sendo que todas as tensões são medidas em Volts. 𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝐷 (4) 𝑉𝑐𝑐 = 𝑉𝑝 𝜋 ou 𝑉𝑐𝑐 ≈ 0,318𝑉𝑝 (5)
  • 12. 11 Para os retificadores de onda completa com transformador com derivação central, tanto o funcionamento, quanto a forma de onda é a ilustrada na Figura 7. O calcula da tensão média pode ser obtido através da equação 6. Sendo que nesse tipo de circuito, a frequência de saída é o dobro da frequência de entrada, equação 7. O valor da tensão de pico, assim como o anterior, é a tensão do secundário subtraído da queda de tensão do diodo, equação 8. Figura 7 – (a) circuito retificador de onda completa; (b) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo positivo; (c) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo negativo; (d) forma de onda completa na saída Fonte: Adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 96. 𝑉𝑐 𝑐 = 2𝑉𝑝 𝜋 ou 𝑉𝑐 𝑐 ≈ 0,636𝑉𝑝 (6) 𝐹𝑠 = 2𝐹𝑒𝑛 (7) 𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝐷 (8) Para o circuito retificador de onda completa em ponte, as equações 6 e 7 são as mesmas. Contudo, a tensão de pico é calculado com base na queda de tensão de dois diodos, equação 9. A Figura 8 apresenta o circuito retificador de onda completa em ponte. 𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 2𝑉𝐷 (9) Figura 8 – (a) circuito retificador de onda completa em ponte; (b) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo positivo com dois diodos; (c) circuito equivalente ao retificador de meia onda para o semiciclo negativo com dois diodos; (d) forma de onda completa na saída Fonte: Adaptações de MALVINO e BATES, 2011, P. 100.
  • 13. 12 3 PRÁTICA EXPERIMENTAL O procedimento experimental com circuitos retificadores, foi realizado em dias distintos. A cada nova aula prática, realizou-se novos experimentos propostos pelo professor. Todos os procedimentos foram iniciados com a entrega e leitura do roteiro pelas equipes, pelo orientador do experimento o professor Edvaldo Sobral. As práticas procederam-se em grupo de quatro pessoas, os quais foram os responsáveis por realizar a montagem do circuito, medição e coleta de dados dos experimentos. Para todos os casos, a tensão do primário foi da rede elétrica: 127 V. Em todas as práticas, a equipe recebeu o material necessário para realiza-las, nas situações, foram entregues, de acordo com as necessidades de cada uma das práticas: multímetro digital, protoboard, transformador abaixador, tomada, osciloscópio, ponta de prova, diodos, resistor, capacitor, alicate de corte e de bico. Após a entrega do material, iniciou-se o procedimento experimental. 3.1 CIRCUITO RETIFICADOR DE MEIA ONDA Na primeira etapa do procedimento, reuniu-se o material necessário para montar o circuito, Figura 9 (a), em seguida montou-se o circuito do retificador de meia onda. O circuito foi construído em uma protoboard, sendo constituído por um transformador abaixador, com um diodo disposto imediatamente após a saída do secundário, que está em série com uma carga resistiva, o diagrama é ilustrado na figura 9 (b). O diodo encontra-se diretamente polarizado nesse circuito. Figura 9 – (a) material utilizado na montagem do circuito (b) Circuito retificador de meia onda (a) (b) Fonte: Autoria própria.
  • 14. 13 Seguindo o procedimento experimental do roteiro, iniciou-se a medição da tensão no secundário, no diodo e na carga, utilizando o multímetro digital, os resultados da medição são apresentados na tabela 1. O procedimento de medição com o multímetro iniciou-se com a verificação da calibração do multímetro, com o teste sonoro. Verificando-se que, além do ruído, há indicação de leitura era zero, iniciou-se o procedimento de medição. Tabela 1 – Grandezas elétricas medidas com multímetro e calculadas Componente VAC VDC Vcalculado Icalculada Pcalculado Vsecundário 15,65 0 Vdiodo 6,85 Vcarga 6,85 7,00 2,5∙10-4 A 17,5∙10-4 W Fonte: Autoria própria. A tensão VAC é rms, tanto no diodo, quanto na carga não há tensão alternada, pois o papel do diodo é justamente retificar o sinal, fazendo com que esse torne-se contínuo e pulsante. No secundário do transformador, a tensão contínua é zero, tendo em vista que o secundário é alternado. Na carga, para o cálculo da corrente utilizou a primeira lei de ohm, V = RI; e para o cálculo da potência utilizou: P = VI, obtendo-se, assim, os valores calculados. O V calculado na carga, foi obtido através da aplicação da equação 5, contudo desconsiderou-se a queda de tensão do diodo de silício, 0,7 V. A Figura 10 apresenta o procedimento de medição da tensão com o multímetro, no secundário, no diodo e na carga. Para os três casos segue-se o mesmo procedimento: a ponta de prova conectada ao COM do multímetro (de cor preta), é posta sobre o polo negativo do componente, enquanto a ponta de prova vermelha é posta sobre o polo positivo do dispositivo. Figura 10 – Medição com o multímetro: (a) do secundário; (b) do diodo (b) da carga (a) (b) (c) Fonte: Autoria própria.
  • 15. 14 Após essa etapa, realizou-se a medição das tensões com o osciloscópio, o procedimento é ilustrado na Figura 11. Antes de iniciar a medição, deve-se verificar se o osciloscópio encontra-se devidamente calibrado, se está funcionando, observar a linha de referência por meio da tecla GND, caso não coincida com o zero, deve-se ajustá-la. Figura 11 – Medição com o osciloscópio: (a) do diodo; (b) da carga (a) (b) Fonte: Autoria própria. O processo de medição se deu com a utilização da ponta de prova do osciloscópio. O “jacaré” é posto no polo negativo e a ponta de prova no polo positivo. No caso do diodo, o “jacaré” é posto no cátodo, e o a ponta de prova no ânodo. Os resultados obtidos por meio dessa medição, as formas de onda das tensões em cada componente do circuito, são ilustrados na Figura 12. Figura 12 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) no diodo (b) na carga (a) (b) (c) Fonte: Autoria própria.
  • 16. 15 Quando os gráficos são gerados deve-se ajustar as escalas, a fim de torná-la totalmente inserida no visor (sem bordas fora deste), e relativamente constante. As escalas utilizadas são: volts por divisão (V/div), para o eixo vertical; e a base de tempo, em segundos por divisão (s/div), para o eixo horizontal. A primeira escala diz respeito ao comprimento da onda, e a segunda a constância da imagem. Caso apenas o ajuste da escala aferição apropriada, utiliza-se o fator de multiplicação da ponta de prova do osciloscópio, que reduz a forma de onda em até dez vezes. No contexto da prática utilizada, a base de tempo foi 5 ms/div e a base da tensão foi 1 V/div, utilizando-se multiplicador de dez vezes. Os valores obtidos foram 22 volts para o secundário; e 21,3 V para o diodo e para a carga, que podem ser obtidos teoricamente, também, através da aplicação da equação 4, representado na equação 10. 𝑉𝑝 = 22 − 0,7 → 𝑉𝑝 = 21,3 𝑉 (10) Observa-se, devido ao comprimento da onda, que na carga foi utilizada uma voltagem por divisão diferente dos demais, nesse caso utilizou-se 5 V/div para melhorar a leitura da grandeza medida, alcançando-se o valor de 21,3 V, assim como no diodo. A Figura 13 apresenta o diagrama de montagem do circuito em questão. Figura 13 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda diretamente polarizado Fonte: CORRADI, 2014.
  • 17. 16 Com a conclusão da primeira medição, e verificação da forma de onda, que mostrou-se coerente em relação aos aspectos teóricos estudados, o próximo passo foi utilizar o diodo inversamente polarizado. Nesse procedimento, apresentado na Figura 14, o diodo foi invertido, e o circuito manteve-se o mesmo. Figura 14 – Medição com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado; (b) da carga (a) (b) Fonte: Autoria própria. Os resultados obtidos após essa medição são apresentados na Figura 15, a intensidade das tensões são as mesmas. Contudo, se analisarmos o gráfico observar-se-á que há uma inversão da forma de onda medida na carga e no diodo. O gráfico da forma de onda do secundário é o mesmo do retificador de meia onda diretamente polarizado, por isso o mesmo não foi apresentado. A base de tempo da medição foram 5 ms/div e do eixo das ordenadas 5 V/div. Figura 15 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) do diodo inversamente polarizado; (b) da carga (a) (b) Fonte: Autoria própria. O roteiro do experimento solicitou que fosse construída nova tabela para apresentar os resultados obtidos, porém por se tratar de mesma situação, com
  • 18. 17 mesmo valores, apenas com o sinal invertido, optou-se pro não construí-lo. A Figura 16 apresenta o diagrama de montagem desse circuito com diodo inversamente polarizado. Figura 16 – Diagrama de montagem do circuito retificador de meia onda inversamente polarizado Fonte: CORRADI, 2014. O último procedimento da prática com circuitos retificadores de meia onda, consistiu na filtragem, por meio da utilização do capacitor, do sinal retificado. Adicionou-se o capacitor em paralelo à carga, obtendo-se uma forma de onda DC mais ou menos constante. O diagrama de montagem é apresentado na figura 17. Figura 17 – Circuito retificador de meia onda com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de montagem (a) (b) Fonte: (a) Autoria própria; (b) CORRADI, 2014. A filtragem capacitiva se dá por meio do carregamento do capacitor com a tensão de pico do circuito, enquanto o diodo está retificando. Com a conclusão da retificação, devido a inversão do semiciclo, o capacitor já carregado, começa a descarregar a tensão diminuindo, assim, a diferença entre os semiciclos, Figura 18 (a). O elemento da descarga, que é a ondulação de saída AC, responsável pela redução da diferença entre os elementos denomina-se ripple e é apresentado na figura 18 (b). O valor DC medido foi aproximadamente 20 V.
  • 19. 18 Figura 18 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do ripple (a) (b) Fonte: Autoria própria. 3.2 CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA O circuito retificador de onda completa é aquele em que a retificação de onda ocorre tanto no semiciclo positivo, quanto no negativo. Para isso, há dois métodos: com dois diodos e transformador com derivação central; ou em ponte. Em ambos os casos, a forma de onda é a mesma, a frequência é o dobro da frequência de entrada. Contudo há uma diferença notável no valor da tensão retificada entre os dois tipos, com dois diodos a queda de tensão gerada pelo diodo é 0,7 V; enquanto no segundo tipo a queda de tensão é a referente à dois diodos em série: 1,4 V. A prática primeira prática realizada utilizou dois diodos, uma carga resistiva de 27 Ω, um multímetro, um osciloscópio, um protoboard, e um transformador abaixador com derivação central. O circuito foi montado como na Figura 19 (a) e possui o diagrama de montagem da figura 19 (b). Figura 19 – Circuito retificador de onda completa: (a) montado; (b) Diagrama de montagem (a) (b) Fonte: (a) Autoria própria; (b) CORRADI, 2014.
  • 20. 19 O procedimento de medição deu-se justamente como no circuito retificador de meia onda, ponta de prova negativa no cátodo, ponta de prova positiva no ânodo, para o diodo; ponta de prova positiva no polo positivo, e o inverso também, no resistor. Mediu-se a forma de onda no secundário, na carga e nos diodos, a Figura 20 apresenta a medição no secundário e na carga. Figura 20 – Medição com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga (a) (b) Fonte: Autoria própria. Seguindo o procedimento experimental, mediu-se a tensão do secundário, verificando que esta era igual a 22 V. Com a medição das tensões, gerou-se os gráficos da Figura 21. Observa-se que ao medir a tensão DC na carga com o osciloscópio a forma de onda assumida pelo mesmo é de tensão contínua pulsante. Utilizou-se 5 volts por divisão como escala. Figura 21 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC] (b) na carga [DC] (a) (b) (c) Fonte: Autoria própria. Seguindo o procedimento experimental, mediu-se a tensão do secundário, verificando que esta era igual a 22 V. Com a medição das tensões, gerou-se os gráficos da Figura 21. Observa-se que ao medir a tensão DC na carga com o
  • 21. 20 osciloscópio a forma de onda assumida pelo mesmo é de tensão contínua pulsante. Utilizou-se 5 volts por divisão como escala. O Valor VDC medido com o osciloscópio foi igual a aproximadamente 7,0 V. Com a conclusão dessa etapa, adicionou-se o capacitor em paralelo à carga, a fim de realizar a filtragem capacitiva, figura 22. Após a nova montagem, realizou- se a medição das tensões na carga e de ripple. Os novos gráficos da forma de onda da tensão são apresentados na figura 23. Figura 22 – Circuito retificador de onda completa com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de montagem (a) (b) Fonte: (a) Autoria própria; (b) adaptações de CORRADI, 2014. Figura 23 – Gráfico obtido com o osciloscópio: (a) da tensão DC na carga; (b) do ripple Fonte: Autoria própria. Observa-se nos gráficos que ocorreu uma queda no valor do ripple em relação a retificação de meia onda. O gráficos da tensão DC após a filtragem capacitiva mostra-se como uma constante. O valor VDC na carga medido após a filtragem foi igual à 11 V. O valor calculado em sala laboratório foi 10,5 V. O valor do ripple foi de 3 mV.
  • 22. 21 O segundo circuito retificador de onda completa construído foi o em ponte. O circuito foi montado como na Figura 24. Os gráficos obtidos são como apresentados na Figura 25. Figura 24 – Circuito retificador de onda completa em ponte: (a) montado; (b) Diagrama de montagem (a) (b) Fonte: (a) Autoria própria; (b) adaptações de CORRADI, 2014. Figura 25 – Gráficos obtidos com o osciloscópio: (a) no secundário; (b) na carga [AC] (b) na carga [DC] (a) (b) (c) Fonte: Autoria própria. A tensão medida no secundário do transformador foi igual a 22,0 V de pico AC. A tensão VDC calculada na carga sem o capacitor, aplicando a equação 6, e obtendo a equação 11, foi 14,01 V. Quando aferiu-se a tensão no osciloscópio obteve-se o mesmo valor, coincidindo com a tensão medida. 𝑉𝐷𝐶 = 2∙22 3,14 → 𝑉𝐷𝐶 = 14,0 𝑉 (11) A continuação desse experimento deu-se com a filtragem capacitiva do sinal retificado. O circuito montado e o diagrama de montagem são apresentados na
  • 23. 22 figura 26. Com a medição obteve-se os gráficos do ripple, figura 27, e o valor VDC da carga. O valor VDC medido foi igual a 22 V. Figura 26 – Circuito retificador de onda completa em ponte com filtragem capacitiva: (a) montado; (b) Diagrama de montagem (a) (b) Fonte: (a) Autoria própria; (b) adaptações de CORRADI, 2014. Figura 27 – Ripple Fonte: Autoria própria. Figura 28 – Prática EXTRA: Circuito Integrado de retificador de onda completa em ponte Fonte: Autoria própria.
  • 24. 23 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Com a prática sobre os circuitos retificadores de meia onda, onda completa, seja em ponte ou com transformador com derivação central, com filtragem capacitiva ou não, foi possível compreender a importância, as possíveis aplicações e o princípio de funcionamento dos diodos. Foi possível compreender a natureza da tensão conduzida nos diodos, que é contínua e pulsante. Concebendo que este valor é variável no decorrer do tempo, não possuindo a característica de ser constante, apesar de ser contínuo. Nas práticas realizadas, utilizou-se o capacitor para aumentar a constância da forma de onda, efetuando o procedimento da filtragem capacitiva com sucesso. Apresentou-se o princípio de funcionamento dos diodos, tanto diretamente, quanto reversamente polarizados; abordando os métodos de medição das tensões em ambas as disposições. Além de apresentar os resultados da prática, verificando que os gráficos gerados são coerentes com os conteúdos estudados e com a abordagem teórica proposta. REFERÊNCIAS BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. Tradução Rafael Monteiro Simon. 8. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2004. MALVINO, A.; BATES, D. J. Eletrônica: Volume 1. Tradução Romeu Abdo. 7. ed. Porto Alegre: AMGH, 2011. CORRADI. Circuitos Retificadores. In: Informações Elementares: projetos práticos. [S.l]: UNIP, [S. A]. PINTO, L. F. T.; ALBUQUERQUE, R. O. Eletrônica: eletrônica analógica. São Paulo: Fundação Padre Anchieta, 2011.