Relatório diodos

Victor Said
Victor SaidEstudante um Victor Said

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.

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.