2.1. Montar e analisar circuitos retificadores com filtros RC

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
Roteiro-Relatório da Experiência No 3
“CIRCUITOS RETIFICADORES”
1. COMPONENTES DA EQUIPE:
ALUNOS
NOTA
1 ___________________________________________
2 ___________________________________________
3 ___________________________________________
4 ___________________________________________
Prof.: Celso José Faria de Araújo
5 ___________________________________________
Data: ____/____/____ ___:___ hs
2. OBJETIVOS:
2.1. Montar e analisar circuitos retificadores com filtros RC
3. INTRODUÇÃO TEÓRICA:
3.1. O CIRCUITO RETIFICARDOR
3.1.1. O Retificador de Meia-Onda
Considere o circuito retificador de Meia-Onda mostrado na Figura 1 (a).
Considerando a tensão vs senoidal do secundário do transformador como entrada para o
circuito retificador, tem-se:
vs = VS sen(t) V ou
vs = VS sen() V
0 para v s  VDO

 R
R
vo  
vs 
VDO para v s  VDO

R  rD
 R  rD
(1)
(2)
Para a maioria das aplicações rD << R e vo pode ser aproximado para
 0 para vs  VDO
vo  
v s  VDO para vs  VDO
(3)
onde VDO = 0,7 ou 0,8 volts.
Para este circuito a máxima tensão reversa que o diodo está submetido é dada por
PIV = VS
(4)
entretanto é usualmente prudente selecionar um diodo que tenha uma tensão de ruptura de
pelo menos 50% maior que PIV
O ângulo de condução do diodo é dado por
V 
ÂD  (  2 ) onde   sen 1  DO 
 VS 
Circuitos Retificadores com Filtro RC
(5)
Página 1/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
Figura 1 – (a) Retificador de Meia-Onda. (b) Circuito Equivalente. (c) Característica de
Transferência de Entrada-Saída. (d) Formas de Ondas da Entrada e Saída (rD<<R).
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 2/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
O ciclo útil (Duty-Cycle) da tensão de saída é dado por
DC vo (%) 
ÂD
100%
2
(6)
O valor médio VO (componente DC) e máximo VP de vo são:
VDO
2
(7)
VP  VS  VDO
(8)
VO 
Vs


O pico de corrente no diodo é dado por
VS  VDO
R
3.1.2. O Retificador de Onda-Completa
I DPico 
(9)
Considere o circuito retificador de Onda-Completa mostrado na Figura 2 (a).
Considerando a tensão vs senoidal do secundário do transformador como entrada para o
circuito retificador, tem-se:
vs = VS sen(t) V ou vs = VS sen() V
R
R

 R  r v s  R  r VDO
D
D

vo  
0
 R
R
vs 
VDO

R  rD
 R  rD
(10)
v s  VDO
para
para  VDO  v s  VDO
(11)
v s  VDO
para
Para a maioria das aplicações rD << R e vo pode ser aproximado para:
 v s  VDO

vo  
0
 v V
DO
 s
para
v s  VDO
para  VDO  v s  VDO
para
v s  VDO
(12)
onde VDO = 0,7 ou 0,8 volts.
Para este circuito a máxima tensão reversa que o diodo está submetido é dada por
PIV = 2VS - VDO
(13)
entretanto é usualmente prudente selecionar um diodo que tenha uma tensão de ruptura de
pelo menos 50% maior que PIV
O ângulo de condução para cada diodo é dado por:
V 
ÂD  (  2 ) onde   sen 1  DO 
 VS 
(14)
O ciclo útil (Duty-Cycle) da tensão de saída é dado por:
DC vo (%) 
2 ÂD
100%
2
Circuitos Retificadores com Filtro RC
(15)
Página 3/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
Figura 2 – (a) Circuito Retificador de Onda-Completa (Secundário com Tap Central)
(b) Característica de Transferência Entrada-Saída (c) Formas de Ondas de
Entrada e Saída.
O valor médio VO (componente DC) e máximo VP de vo são:
VO 
2Vs

 VDO
(16)
VP  VS  VDO
(17)
O pico de corrente para cada diodo é dado por:
VS  VDO
R
3.1.3. O Retificador de Onda-Completa Ponte
I DPico 
(18)
Considere o circuito retificador de Onda-completa Ponte mostrado na Figura 3 (a).
Considerando a tensão vs senoidal do secundário do transformador como entrada para o
circuito retificador, tem-se:
vs = VS sen(t) V ou vs = VS sen() V
Circuitos Retificadores com Filtro RC
(19)
Página 4/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
Figura 3 – (a) O Circuito Retificador de Onda-Completa Ponte. (b) Formas de Ondas de
Entrada e Saída
R
R

 R  2r v s  R  2r 2VDO
D
D

vo  
0

R
R
vs 
2VDO

R

2
r
R

2
r
D
D

para
v s  2VDO
para  2VDO  v s  2VDO
para
(20)
v s  2VDO
Para a maioria das aplicações rD << R e vo pode ser aproximado para:
 v s  2VDO

vo  
0
 v  2V
DO
 s
para
v s  2VDO
para  2VDO  v s  2VDO
para
v s  2VDO
(21)
onde VDO = 0,7 ou 0,8 volts.
Para este circuito a máxima tensão reversa que o diodo está submetido é dada por
PIV = VS - VDO
(22)
entretanto é usualmente prudente selecionar um diodo que tenha uma tensão de ruptura de
pelo menos 50% maior que PIV
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 5/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
O ângulo de condução para cada diodo é dado por:
ÂD  (  2 ) onde
 2VDO 

 VS 
  sen 1 
(23)
O ciclo útil (Duty-Cycle) da tensão de saída é dado por:
DC vo (%) 
2 ÂD
100%
2
(24)
O valor médio VO (componente DC) e máximo VP de vo são:
VO 
2Vs

 2VDO
(25)
VP  VS  2VDO
(26)
O pico de corrente em cada diodo é dado por
I DPico 
VS  2VDO
R
(27)
3.2. O FILTRO RC
Considere o circuito retificador de Meia-Onda mostrado na Figura 4 (a). Pode-se
facilmente notar que quando tem-se o retificador de Onda-Completa acoplado ao filtro RC
apenas haverá uma mudança na forma de onda da saída que está mostrada na Figura 5 e a
forma de onda de corrente em cada diodo permanece a mesma e está mostrada na Figura
4 (c).Tem-se que a tensão de saída média (componente DC) é dada por
1
VO  VP  Vr ,
2
(28)
onde VP é a tensão de pico de saída dos circuitos retificadores e Vr é a tensão de ondulação
(ripple) pico-a-pico dada por
Vr 
VP
para retificador de Meia-Onda e
fCR
(29)
Vr 
VP
para retificador de Onda-Completa,
2 fCR
(30)
f é a a freqüência do sinal senoidal de entrada, C a capacitância do filtro e R a resistência de
carga.
O ângulo de condução para cada diodo é dado por
ÂD  t 
2Vr
VP
Circuitos Retificadores com Filtro RC
(31)
Página 6/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
A corrente na carga R é dada por
IL 
VP
R
(32)
Figura 4 – Circuito Retificador com Filtro RC com as Formas de Ondas de Tensão e
Corrente considerando Diodo Ideal e RC>>T.
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 7/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
Figura 5 – Formas de Ondas Enfatizando a Modificação na Tensão de Saída para o
Retificador de Onda-Completa
Os valores das correntes média IDDC (componente DC) e máxima IDmáx nos diodos são:

2VP
I DDC  I L 1  
Vr


 para retificador de Meia-Onda,



2V P
I Dmá x  I L 1  2
Vr


VP
I DDC  I L 1  
2Vr


 para retificador de Meia-Onda,



 para retificador de Onda-Completa e



VP
I Dmáx  I L 1  2
2Vr


 para retificador de Onda-Completa


(33)
(34)
(35)
(36)
4. MATERIAL UTILIZADO
4.1. Transformador 220 Vrms 15+15Vrms (3A)
4.2. Gerador de Funções (Tensão senoidal)
4.3. Resistores: 100-10W; 1K-1W; 1-1/8W
4.4. Capacitores: 100F-25V; 470F-25V; 1000F-25V
4.5. Multímetros: 1 Amperímetro; 1 Voltímetro; 1 Ohmímetro
4.6. Diodos: 4 x 1N4007
4.7. Osciloscópio: Duplo traço (dois canais)
5. PRÉ-RELATÓRIO
5.1. Ler o item 6 (Parte Experimental) e resolver teoricamente os circuitos propostos com os
valores nominais para os parâmetros necessários preenchendo as Tabelas nas linhas que
se referem aos valores calculados. Utilizar VDO = 0,7 V.
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 8/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
6. PARTE EXPERIMENTAL:
6.1. RETIFICADOR MEIA-ONDA COM FILTRO RC
Monte o circuito retificador mostrado na Figura 6 (isole uma das extremidades e
utilize o “TAP” central com a outra extremidade restante do secundário do transformador
como entrada do retificador)
Figura 6 – Circuito Retificador de Meia-Onda com filtro RC na Saída
O valor do resistor RS é de 1. Porém como ele será utilizado para a realização da
medida indireta da corrente no diodo faz-se necessário medir seu valor para ter-se uma
melhor precisão na corrente, pois “iD = vab/RS”.
RS = ________ 
Utilizando o multímetro e um osciloscópio faça as medidas de modo a preencher a
Tabela 1 (lembre-se que o resistor Rs de 1 foi inserido para possibilitar a medida da
corrente de pico no diodo e observar sua forma de onda). Obs.: Quando não estiver
observando a forma de onda de corrente no diodo remova Rs e faça um curto-circuito entre
os pontos “a” e “b” do circuito.
R
C
() (F)
100
0
100
1000
1K
100
1K
470
VPS
(V)
VALORES MEDIDOS
V0DC Vr PIV IDMáx t
(V) (V) (V) (mA) (ms)
ÂD
(o)
VALORES ESTIMADOS
V0DC Vr PIV IDMáx ÂD
(V) (V) (V) (mA) (o)
Tabela 1 – Retificador de Meia-Onda com Filtro
VPS=Tensão de Pico no Secundário do Transformador; V0DC=Tensão DC na carga (Saída);
Vr=Tensão de Ripple (ondulação) pico-à-pico na carga; PIV=Tensão máxima reversa no diodo;
IDmáx=Corrente máxima no diodo; t=Tempo de condução do diodo por ciclo; ÂD=Ângulo de
condução por ciclo=360x60xt
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 9/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
Faça um esboço, utilizando o espaço reservado na Figura 7, das forma de ondas de
tensão e corrente observadas no osciloscópio para o caso 1K e 100F.
Tensão na Saída
T
t
T
t
Corrente nos diodos
Figura 7 – Esboço para Tensão e Corrente do Circuito Retificador de Meia-Onda
6.2. RETIFICADOR DE ONDA-COMPLETA COM FILTRO RC
Monte o circuito retificador mostrado na Figura 8.
Figura 8 – Circuito Retificador de Onda-Completa com Filtro RC
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 10/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
O valor do resistor RS é de 1. Porém como ele será utilizado para a realização da
medida indireta da corrente no diodo faz-se necessário medir seu valor para ter-se uma
melhor precisão na corrente, pois “iD = vab/RS”.
RS = ________ 
Utilizando o multímetro e um osciloscópio faça as medidas de modo a preencher a
Tabela 1 (lembre-se que o resistor Rs de 1 foi inserido para possibilitar a medida da
corrente de pico nos diodos e observar sua forma de onda). Obs.: Quando não estiver
observando a forma de onda de corrente nos diodos remova Rs e faça um curto-circuito entre
os pontos “a” e “b” do circuito.
R
C
() (F)
100
0
100
1000
1K
100
1K
470
VPS
(V)
VALORES MEDIDOS
V0DC Vr PIV IDMáx t
(V) (V) (V) (mA) (ms)
ÂD
(o)
VALORES ESTIMADOS
V0DC Vr PIV IDMáx ÂD
(V) (V) (V) (mA) (o)
Tabela 2 – Retificador de Onda-Completa com Filtro
VPS=Tensão de Pico no Secundário do Transformador; V0DC=Tensão DC na carga (Saída);
Vr=Tensão de Ripple (ondulação) pico-à-pico na carga; PIV=Tensão máxima reversa no diodo;
IDmáx=Corrente máxima no diodo; t=Tempo de condução do diodo por ciclo; ÂD=Ângulo de
condução por ciclo=360x60xt
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 11/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
Faça um esboço, utilizando o espaço reservado na Figura 9, das forma de ondas de
tensão e corrente observadas no osciloscópio para o caso 1K e 100F.
Tensão na Saída
T
t
T
t
Corrente nos diodos
Figura 9 – Esboço para Tensão e Corrente do Circuito Retificador de Onda-Completa
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 12/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
6.3. RETIFICADOR DE ONDA-COMPLETA PONTE COM FILTRO RC
Monte o circuito retificador mostrado na Figura 10.
Figura 10 – Circuito Retificador de Onda-Completa Ponte com Filtro RC
O valor do resistor RS é de 1. Porém como ele será utilizado para a realização da
medida indireta da corrente no diodo faz-se necessário medir seu valor para ter-se uma
melhor precisão na corrente, pois “iD = vab/RS”.
RS = ________ 
Utilizando o multímetro e um osciloscópio faça as medidas de modo a preencher a
Tabela 1 (lembre-se que o resistor Rs de 1 foi inserido para possibilitar a medida da
corrente de pico nos diodos e observar sua forma de onda). Obs.: Quando não estiver
observando a forma de onda de corrente nos diodos remova Rs e faça um curto-circuito entre
os pontos “a” e “b” do circuito.
R
C
() (F)
100
0
100
1000
1K
100
1K
470
VPS
(V)
VALORES MEDIDOS
V0DC Vr PIV IDMáx t
(V) (V) (V) (mA) (ms)
ÂD
(o)
VALORES ESTIMADOS
V0DC Vr PIV IDMáx ÂD
(V) (V) (V) (mA) (o)
Tabela 3 – Retificador de Onda-Completa Ponte com Filtro
VPS=Tensão de Pico no Secundário do Transformador; V0DC=Tensão DC na carga (Saída);
Vr=Tensão de Ripple (ondulação) pico-à-pico na carga; PIV=Tensão máxima reversa no diodo;
IDmáx=Corrente máxima no diodo; t=Tempo de condução do diodo por ciclo; ÂD=Ângulo de
condução por ciclo=360x60xt
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 13/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
Faça um esboço, utilizando o espaço reservado na Figura 11, das forma de ondas de
tensão e corrente observadas no osciloscópio para o caso 1K e 100F.
Tensão na Saída
T
t
T
t
Corrente nos diodos
Figura 11 –
Gráfico para Tensão e Corrente do Circuito Retificador de Onda-Completa
Ponte
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 14/15
Laboratório de Eletrônica I
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I
PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO
7. QUESTIONÁRIO
7.1. O experimento se mostrou válido? Explique por que?
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
7.2. Comente os resultados, erros encontrados e possíveis fontes de erros.
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Circuitos Retificadores com Filtro RC
Página 15/15
Laboratório de Eletrônica I