Missão do Sistema SENAI

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     cidadania, a assistência técnica e tecnológica, a produção e disseminação

     de informação e a adequação, geração e difusão de tecnologia.

Muitos aparelhos eletrônicos operam no regime de corrente contínua.  Para que seja possível alimentar tais aparelhos é necessário o emprego de circuitos capazes de transformar corrente alternada em corrente contínua.  Circuitos com essa capacidade são genericamente denominados de retificadores.

         Existem vários tipos de circuito retificador, dentre os quais o mais simples é o circuito retificador de meia onda, cujo princípio básico de operação será analisado neste fascículo.

         Embora o circuito retificador de meia onda tenha aplicações muito limitadas, a compreensão do seu funcionamento é indispensável para o estudo de circuitos mais sofisticados, como aqueles utilizados em televisores, rádios e outros equipamentos eletrônicos.

Retificação de meia onda

Retificação é o nome dado ao processo de transformação de corrente alternada (ca) em corrente contínua (cc). Esse processo é utilizado com a finalidade de permitir que equipamentos de corrente contínua sejam alimentados a partir da rede elétrica que é disponível apenas na forma de corrente alternada.

A retificação de meia onda é um processo de transformação de ca em cc, que permite o aproveitamento de apenas um semiciclo da tensão de alimentação da carga, conforme ilustrado na Fig.1

O circuito retificador de meia onda com diodo é empregado em equipamentos que, apesar de exigirem uma tensão de alimentação unipolar, não necessitam que a mesma permaneça constante como função do tempo como, por exemplo, nos carregadores de bateria.

RETIFICAÇÃO DE MEIA ONDA COM DIODO SEMICONDUTOR

As características de condução e bloqueio do diodo semicondutor podem ser utilizadas para obter uma retificação de meia onda a partir da corrente alternada da rede elétrica domiciliar. A configuração básica desse tipo de circuito é ilustrada na Fig.2 e o comportamento da tensão na carga em cada semiciclo da tensão de alimentação é descrito a seguir.

SEMICICLO POSITIVO

Com base na Fig.3, a tensão no ponto A é positiva com relação ao ponto B, durante o semiciclo positivo. Com esta polaridade da tensão de entrada, o diodo entra no regime de condução, permitindo portanto a circulação de corrente.

Nessas condições, a tensão na carga assume uma forma próxima àquela da tensão de entrada, como pode ser observado na Fig.3.

No entanto, um exame mais minucioso da operação daquele circuito durante o semiciclo positivo mostra que existe uma pequena diferença entre as duas formas de tensão, conforme pode-se observar na Fig.4.  Note-se que o diodo só entra efetivamente em condução a partir do instante de tempo em que a tensão de entrada supera o potencial de barreira V_B. A partir desse momento, a tensão no diodo mantém-se próxima ao valor V_B até o instante de tempo em que, após começar a decrescer, torna-se  menor do que o valor V_B.

Sob essas condições, existirão dois pequenos intervalos de tempo, um no início e outro no fim do semiciclo positivo, durante os quais a tensão na carga é nula. Fora desses intervalos, a tensão de entrada supera o valor V_B e a tensão na carga assume uma forma próxima à tensão de entrada.

Vale também notar, conforme pode ser observado na Fig.4, que o valor máximo da tensão na carga é menor que o valor máximo da tensão de entrada, por uma quantidade igual à queda de tensão sobre o diodo no regime de condução. Esse valor é da ordem de 0,7 V para o diodo de silício. Em situações em que a condição  V_máx >> V_B  é satisfeita, a diferença entre as duas formas de tensão se torna desprezível durante o semiciclo positivo.

SEMICICLO NEGATIVO

Durante o semiciclo negativo o potencial no ponto A se torna negativo em relação ao ponto B. Com essa polaridade na entrada, o diodo entra em bloqueio comportando-se efetivamente como uma chave aberta, impedindo a circulação de corrente, conforme ilustrado na Fig.5.

A condição de corrente nula no circuito implica que toda a tensão de entrada é transferida para o diodo, com a tensão na carga mantendo-se nula, conforme ilustrado na Fig.6.

Conclui-se, portanto, que para cada ciclo completo de tensão de entrada, apenas o semiciclo  positivo é transferido diretamente para a carga, estando o semiciclo negativo aplicado diretamente entre os terminais do diodo.

A forma de tensão resultante sobre a carga é denominada de tensão contínua pulsante. Esta denominação advém do fato de o fluxo de corrente no circuito se dar em um único sentido e na forma de pulsos separados por intervalos de tempo nos quais a corrente no circuito é nula. 

Se a posição do diodo for invertida, conforme ilustrado na Fig.7, a tensão na carga simplesmente muda de sinal conforme ilustrado na Fig.8.

MEDIÇÃO DA TENSÃO NA CARGA

No circuito retificador de meia onda, a tensão de saída que é medida na carga é pulsada. Para medir essa tensão de saída, utiliza-se um multímetro ou um voltímetro de cc com as pontas de prova conectadas aos terminais da carga.

O voltímetro cc ou multímetro em escala de tensão cc, conectado à saída do circuito retificador, sempre indica um valor médio para a tensão contínua pulsante sobre a carga.

 Na retificação de meia onda alternam-se os períodos de existência e inexistência de tensão sobre a carga. Conseqüentemente, o valor medido de tensão cc média sobre a carga é muito inferior ao valor efetivo ca que seria medido na entrada do circuito, conforme ilustrado na Fig.9.

Quando  o  valor  efetivo da tensão de entrada for muito superior ao valor V_B , este pode ser desprezado na Eq.(1) para o cálculo de V_cc . Com essa aproximação, a Eq.(1) assume a forma  simplificada

   

Com valores típicos de 0,7 e 0,3V para os potenciais de barreira do silício e do germânio, respectivamente, a expressão aproximada dada pela Eq.(4) pode ser utilizada na prática quando a condição V_ca  > 10V, for satisfeita.

A seguir é apresentado um exemplo de cálculo empregando as expressões exata e aproximada.

Exemplo 1: Para o circuito retificador com diodo de silício ilustrado na Fig.10, determinar V_cc com o uso das Eqs.(1) e (3) nos seguintes casos:  (a) V_ca = 6 V ; (b) V_ca = 50 V.

Nota-se que o erro da aproximação neste caso fica em torno de 10% do valor exato.

b)   Com V_ca = 50 V e V_B = 0,7 V, e repetindo-se o procedimento adotado no item (a), obtém-se : 

Cálculo exato:                            V_cc  = 22,30 V

Cálculo aproximado:                  V_cc  = 22,52 V

         No presente caso  V_ca >> V_B  e o erro relativo da aproximação cai para 1% do valor exato.

         Como a dependência temporal da corrente na carga é uma réplica daquela correspondente à tensão ilustrada na Fig.9, conclui-se que a corrente média no resistor R  pode ser determinada simplesmente pela expressão.

Icc = Vcc / R

INCONVENIENTES DA RETIFICAÇÃO DE MEIA ONDA

A retificação de meia onda apresenta alguns inconvenientes decorrentes do princípio de funcionamento, conforme sumarizado a seguir.

Variação na tensão de saída

A tensão de saída é pulsante, variando, portanto, de forma significativa e diferindo sensivelmente de uma tensão contínua pura, conforme ilustrado na Fig.11.

Baixo rendimento

 O rendimento, definido pelo percentual da tensão contínua na saída relativo a uma dada tensão ca de entrada, é de apenas 45%.

Sub utilização da capacidade do transformador

Nas retificações empregando um transformador na entrada, existe um mau aproveitamento da capacidade de transformação pois a corrente circula em apenas um semiciclo.

FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE MEIA ONDA

O circuito retificador de meia onda pode ser utilizado como fonte de alimentação para um circuito eletrônico. Para que se tenha uma fonte de alimentação completa, devem-se acrescentar ao circuito retificador os seguintes componentes:

·        Uma chave liga-desliga.

·        Um fusível de proteção.

·        Uma chave seletora 110/220V.

O diagrama de circuito de uma fonte de alimentação utilizando esses componentes básicos é ilustrado na Fig.12, onde se pode observar a possibilidade de operação tanto em 220 quanto em  110 V na entrada. 

A Fig.13 mostra como poderia ser feita a interconexão dos componentes básicos utilizados no diagrama da Fig.12.

Fig.13 Interconexão dos componentes em uma fonte de alimentação empregando retificação de meia onda.

O circuito mostrado na Fig.12 pode ser dividido em quatro partes ou etapas distintas, conforme pode ser visto na Fig.14:

ETAPA 1: entrada.

ETAPA 2: controle e proteção.

ETAPA 3: transformação da tensão.

ETAPA 4: retificação.

Quando uma fonte retificadora de meia onda apresenta defeito, deve-se executar uma seqüência de medidas que permitam localizar a porção ou etapa do circuito com problema para que se possa isolar o componente defeituoso.

Geralmente o defeito é constatado ao se realizar uma medida nos terminais de saída do circuito. Essa medida pode fornecer duas possibilidades de resposta:

a) Existindo tensão ca na saída, pode-se imediatamente concluir que as porções ou etapas 1, 2 e 3 não apresentam problemas. O defeito provável é um curto no diodo.

b)   Não existindo tensão na saída, existem muitas hipóteses para o defeito. Deve-se, então, realizar o teste por etapas, como listado na Tabela 1.

Tabela 1 Seqüência de testes para diagnóstico de defeitos no circuito da Fig.14.

Testar se há tensão na saída da ETAPA 3 (secundário do transformador). Sim:       Defeito ocorrido na ETAPA 4 e o diodo está provavelmente em                           aberto.          Não:       Defeito ocorrido em alguma porção entre as ETAPAS 1 e 3

Testar se há tensão na entrada da ETAPA 3 (primário do transformador). Sim :                Defeito ocorrido na ETAPA 3 (transformador). Testar conti-                 nuidade das bobinas do transformador com um ohmímetro.          Não:       Defeito ocorrido nas ETAPAS 1 ou 2.

Testar se há tensão na entrada da ETAPA 1.          Sim:       Defeito na ETAPA 2 (controle e proteção). Testar componentes                           e  conexões  na  ETAPA  2.   Caso  o  fusível  esteja  rompido,                           descobrir a causa antes de substituir.          Não:       Testar cabo, plugue e verificar se há energia na tomada onde a                           fonte está sendo conectada.

Observação:  Se o defeito for fusível rompido, verificar as causas do rompimento antes de realizar a substituição (diodo em curto, curto entre ligações, saída em curto). O rompimento do fusível também pode ser causado pelo funcionamento anormal do circuito alimentado pela fonte.

 O procedimento descrito na Tabela 1 pode ser organizado na forma de um fluxograma de execução dos testes para diagnóstico do defeito. O fluxograma correspondente está mostrado na Fig.15.

A técnica de retificação de meia onda é utilizada quando a carga não necessita ser alimentada por uma cc pura. Um exemplo típico de aplicação dessa técnica ocorre no caso dos carregadores de bateria. Nestes dispositivos requer-se que a corrente de alimentação seja unidirecional, não importando muito a sua forma como função do tempo.

Fig.15 Fluxograma auxiliar para o diagnóstico de defeitos em um circuito retificador de meia onda.