Curso de Eletronica Geral

FACCAMP – ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES – PROF. ÁLVARO.
RETIFICAÇÃO E FILTRAGEM CAPACITIVA
INTRODUÇÃO TEÓRIA
Os circuitos que utilizam dispositivos semicondutores, necessitam ser
alimentado com tensões contínuas para a devida polarização. Para podermos
aproveitar a rede elétrica, por se tratar de tensão alternada, necessitamos
convertê-la em tensão contínua.
Para tanto, utilizamos os circuitos
retificadores que juntamente com os filtros e, às vezes, com um estágio
estabilizador, possibilitam obter nas saídas, tensões com características de
contínua pura. Na figura abaixo, temos esquematizado em blocos, um circuito
retificador com filtro.
1o ESTÁGIO

AC
2o ESTÁGIO

RETIFICAÇÃO
(ALTO RIPPLE)

3o ESTÁGIO
FILTRAGEM
(BAIXO
RIPPLE)
AC
DC PULSADO
DC
PULSADO
Pela figura, notamos que o primeiro estágio é constituído por um
transformador para normalmente reduzir a tensão de entrada. No segundo
estágio, através de circuitos com diodos, é feita a retificação do sinal alternado.
No terceiro estágio, o circuito de filtro, normalmente capacitivo, transforma a
tensão contínua pulsante em contínua pura.
De maneira geral, os circuitos, retificadores classificam-se em dois tipos,
os denominados de meia onda, e os de onda completa. O circuito retificador
de meia onda sem filtro é visto na figura abaixo.
Durante o semiciclo positivo da tensão de entrada, o diodo estará
diretamente polarizado e conduzirá, fazendo a corrente circular pela carga
(RL). Na saída, aparecerá, neste caso, o próprio semiciclo. No semiciclo
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negativo da tensão de entrada, o diodo estará reversamente polarizado, não
conduzindo, fazendo com que a tensão de saída seja nula. No diodo, temos a
tensão (VD), que durante a sua condução é praticamente nula e na sua
condução é igual à da entrada, ou seja, negativa. Após esse estudo, podemos
esboçar as formas de onda do circuito retificador de meia onda, que são vistas
à seguir:
TENSÃO DE ENTRADA (VE)
TENSÃO NA CARGA
(VRL).
TENSÃO NO DIODO (VD1)
A tensão contínua de saída terá um valor DC igual a:
VDC = Vmáx / 
O Valor eficaz da tensão na carga é dado por:
VEF = Vmáx / 2
Para podermos aumentar o nível de tensão contínua na saída,
colocamos um filtro capacitivo como mostra a figura abaixo.
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A atuação do capacitor consiste em se carregar com a tensão de
entrada durante o intervalo do semiciclo positivo, até esta atingir Vmáx. A partir
daí, como o potencial do capacitor inicia um processo de descarga através da
carga RL, até que um novo semiciclo positivo faça com que a tensão no anodo
do diodo seja maior, reiniciando o processo de carga. A figura abaixo mostra a
tensão de saída do retificador de meia onda com a atuação do filtro.

V =
VDC = VMÁX -
I DC
f .C
V
2.C.RL . f
.V
=
2
(2.C.RL . f )  1 MÁX
Através da figura, notamos que o filtro faz com que se eleve o nível DC
da tensão de saída, que, dependendo do valor do capacitor e da carga RL
pode ser maior ou menor. A ondulação remanescente é denominada tensão
de ripple, cujo valor pode avaliar a eficácia do circuito, na conversão da rede
alternada em contínua, para uma carga específica.
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A retificação de onda completa pode ser obtida através de dois
circuitos: os que utilizam um transformador com derivação central e dois
diodos, e os que utilizam um transformador sem derivação central e quatro
diodos ligados em ponte. O retificador de onda completa com dois diodos, sem
filtro, é visto na figura abaixo.
O transformador utilizado nesse circuito, possui uma derivação central
que defasa a tensão VE1 em relação a VE2 de 180 graus.
VE1
VE2
Durante o semiciclo positivo negativo de VE2, o diodo D1 estará
conduzindo e o diodo D2 estará cortado. Por D1 estar circulando uma corrente
que passa por RL, faz com que apareça na saída, o próprio semiciclo positivo
de VE1.
Durante o semiciclo positivo de VE2 e o negativo de VE1, o diodo D2
estará conduzindo e o diodo D1 estará cortado. Por D2 circulará uma corrente
que, passando por RL, faz com que apareça na saída, o próprio semiciclo
positivo de VE2. Após esse estudo, podemos esboçar as formas de onda do
circuito retificador de onda completa com dois diodos, sem filtro, que são vistos
nas figuras a seguir.
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VD1
VD2
VRL
Os diodos D1 e D2 na condução, apresentam uma tensão praticamente
nula entre seus terminais e na não condução, uma tensão de –2Vmáx, pois
quando um deles estiver cortado, o outro estará conduzindo, fazendo com que
a tensão total do secundário do transformador seja aplicada sobre o cortado.
O retificador de onda completa com diodos em ponte, sem filtro, é visto
na figura abaixo.
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Nessa ligação, utilizando diodos um ponte, durante o semiciclo positivo
da tensão de entrada, os diodos D1 e D3 estarão conduzindo, fazendo circular
uma corrente que passando por RL, faz com que apareça na saída, o próprio
semiciclo. No semiciclo negativo, os diodos D2 e D4 estarão conduzindo,
fazendo circular uma corrente, através de RL, com o mesmo sentido que no
outro caso, surgindo na saída uma tensão igualmente positiva. Após esse
estudo, podemos esboçar as formas de onda do circuito retificador, de onda
completa com diodos em ponte, sem filtro, que são vistas na figura a seguir.
VD1, VD3
VD2, VD4
VE
VRL
Os diodos, na sua condução, apresentam uma tensão praticamente nula
entre seus terminais e, na não condução uma tensão –Vmáx, pois, quando
estiverem cortados, estarão em paralelo com o secundário do transformador.
Nos retificadores de onda completa, como em todos os semiciclos da
tensão de entrada, temos uma tensão de saída, o nível DC será o dobro em
relação ao de meia onda, e dado por:
VDC = 2.Vmáx / 
O Valor eficaz da tensão na carga é dado por:
VEF = Vmáx /
2
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Para aumentarmos esse nível, que dependendo das circunstâncias
poderá tornar-se próximo a Vmáx, colocaremos um filtro capacitivo como
mostra a figura a seguir.
O capacitor de filtro irá se carregar com a tensão de entrada até atingir
Vmáx. A partir daí, como seu potencial é maior que o da entrada, iniciará um
processo de descarga, através de RL, até que um novo semiciclo reinicie um
processo de carga. A figura abaixo mostra a tensão de saída dos retificadores
de onda completa, com atuação do filtro.
VRL


V 
Idc
2. f .C
VDC  VMÁx 
V
4.C.RL . f
V

.V
2
(4.C.RL . f )  1 MÁX
Notamos pela figura, que teremos um aumento do nível DC e diminuição da
tensão de ripple, em relação ao retificador de meia onda, com filtro, isso
logicamente, dependendo dos valores do capacitor e da carga RL.
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Expressões Complementares:
% 
1) Fator de ripple:
(VEF ) 2  (VDC ) 2
VDC
.100 
V
.100
VDC
2) Tensão eficaz na carga de um retificador com filtro:
VEF  (VDC )2  (V )2
3) Corrente de pico nos diodos em retificadores com filtro:
RL  X C
2
I P  VMAX .
2
RL  X C
EXERCÍCIOS
1
)
2
)
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3
)
4
)
5
6
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
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8
9
10) Para um retificador em meia-onda, sem filtro capacitivo, sabe-se que o
valor médio da tensão na carga é 15V para uma resistência de carga de 1,5
kΩ. Pede-se:
a) O valor de pico da tensão de entrada.
b) O valor eficaz da tensão na carga.
c) O valor médio da corrente na carga.
d) O valor eficaz da corrente na carga.
e) O valor de pico da tensão reversa no diodo.
f) O valor da potência ativa consumida na carga.
g) O valor do fator de ondulação (“ripple”) do circuito.
11) Para um retificador em ponte, sem filtro capacitivo, sabe-se que o
valor da potência ativa consumida na carga é igual a 625 mW, para uma
resistência de carga de 1 kΩ. Pede-se:
a) O valor de pico da tensão de entrada.
b) O valor eficaz da tensão na carga.
c) O valor médio da corrente na carga.
d) O valor eficaz da corrente na carga.
e) O valor de pico da tensão reversa no diodo.
f) O valor da tensão média na carga.
g) O valor do fator de ondulação (“ripple”) do circuito.
12) Para um retificador em onda completa, em “center – tape”, sem filtro
capacitivo, sabe-se que o valor eficaz da tensão no transformador, por fase, é
44,4V para uma resistência de carga de 100 Ω. Pede-se:
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a) O valor médio da tensão na carga.
b) O valor eficaz da tensão na carga.
c) O valor médio da corrente na carga.
d) O valor eficaz da corrente na carga.
e) O valor de pico da tensão reversa no diodo.
f) O valor da potência ativa consumida na carga.
g) O valor do fator de ondulação (“ripple”) do circuito.
13) Para um retificador em ponte, os diodos têm as especificações
IDC=150 mA e VR = 75 V. Estes diodos são adequados para uma tensão do
secundário de 40 V eficazes e uma resistência de carga de 400Ω? Justifique.
14) Para um retificador em meia onda, o diodo tem as especificações I DC=
500 mA e VR = 50 V. Este diodo é adequado para uma tensão do secundário
de 60 V eficazes e uma resistência de carga de 150Ω? Justifique.
15) Para um retificador em meia-onda, com filtro capacitivo, conectado à
rede de alimentação em 60Hz, sabe-se que o valor de pico da tensão no
transformador é 50V para uma resistência de carga de 330Ω e capacitância de
filtragem de 470µF. Pede-se:
a) O valor médio da tensão na carga.
b) O valor eficaz da tensão na carga.
c) O valor médio da corrente na carga.
d) O valor eficaz da corrente na carga.
e) O valor de pico da tensão reversa no diodo.
f) O valor de pico da corrente no diodo.
g) Ondulação pico-à-pico do circuito..
h) O valor do fator de ondulação (“ripple”) do circuito.
16) Para um retificador em ponte, com filtro capacitivo, conectado à rede
de alimentação em 60Hz, sabe-se que o valor de pico da tensão no
transformador é 25V para uma resistência de carga de 220Ω e capacitância de
filtragem de 500µF. Pede-se:
a) O valor médio da tensão na carga.
b) O valor eficaz da tensão na carga.
c) O valor médio da corrente na carga.
d) O valor eficaz da corrente na carga.
e) O valor de pico da tensão reversa no diodo.
f) O valor de pico da corrente no diodo.
g) Ondulação pico-à-pico do circuito..
h) O valor do fator de ondulação (“ripple”) do circuito.
17) Para um retificador em “center-tape”, com filtro capacitivo, conectado à
rede de alimentação em 60Hz, sabe-se que o valor eficaz da tensão no
transformador, por fase, é 12V para uma resistência de carga de 400Ω e
capacitância de filtragem de 220µF. Pede-se:
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a) O valor médio da tensão na carga.
b) O valor eficaz da tensão na carga.
c) O valor médio da corrente na carga.
d) O valor eficaz da corrente na carga.
e) O valor de pico da tensão reversa no diodo.
f) O valor de pico da corrente no diodo.
g) Ondulação pico-à-pico do circuito..
h) O valor do fator de ondulação (“ripple”) do circuito.
18) Dimensionar um retificador em meia onda com filtro, para as
seguintes especificações:
a) Saída DC de 35,6 V para 75 mA.
b) Ondulação máxima de 10% no valor da tensão de saída.
c) Alimentação AC em 60 Hz.
19) Dimensionar um retificador em ponte com filtro, para as seguintes
especificações:
a) Saída DC de 15 V para uma resistência de carga de 680 Ω.
b) Ondulação de pico-à-pico de 1 V.
c) Alimentação AC em 60 Hz.
20) Dimensionar um retificador “center-tape” com filtro, para as seguintes
especificações:
a) Resistência de carga de 330Ω.
b) Ondulação máxima de 10% no valor da tensão de saída.
c) Alimentação AC com 48V, por fase, em 60 Hz.
21) Dimensionar um retificador em ponte com filtro, para as seguintes
especificações:
a) Saída DC de 9 V para um resistência de carga de 100Ω.
b) Alimentação AC com 7V em 60 Hz.
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