Retificação De onda completa parte 1

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A retificação de meia onda tem aplicações muito restritas devido à baixa eficiência e a grande variação no tempo da tensão de saída.

Esses efeitos podem ser minimizados pelo uso de um circuito retificador de onda completa, que possibilita não só aumentar a eficiência da conversão ca/cc como também diminuir a ondulação na tensão de saída do circuito. Por essa razão, essa classe de circuitos retificadores é largamente empregada na maioria dos equipamentos eletrônicos operando no regime de cc. 

Este fascículo tratará dos circuitos retificadores de onda completa onde será descrito o princípio de funcionamento e a metodologia de cálculo de parâmetros e de pesquisa de defeitos, visando a capacitar o leitor a utilizar e reparar essa categoria de dispositivos.


A retificação de onda completa é um processo de transformação de ca em cc, que permite o aproveitamento dos dois semiciclos da tensão de alimentação da carga, conforme ilustrado na Fig.1.

O circuito retificador de onda completa é o mais empregado nos equipamentos eletrônicos, pois permite obter um melhor aproveitamento da energia disponível na entrada do circuito.

A retificação de onda completa pode ser realizada com o emprego de um transformador com derivação central e dois diodos semicondutores ou alternativamente, pelo uso de uma ponte de quatro diodos, conforme descrito a seguir.

RETIFICAÇÃO DE ONDA COMPLETA COM DERIVAÇÃO CENTRAL

A retificação de onda completa com derivação central é a denominação técnica que se dá ao circuito retificador de onda completa que emprega dois diodos semicondutores, quando se deriva o terminal negativo de saída do circuito da porção central do secundário do transformador, sendo o terminal positivo considerado no ponto de interconexão dos dois diodos, conforme ilustrado na Fig.2.

Esse tipo de configuração também recebe a denominação de center tap. A expressão center tap é de origem inglesa, sendo traduzida para a língua portuguesa como derivação central.

FUNCIONAMENTO

O princípio de funcionamento do circuito retificador de onda completa com derivação central pode ser compreendido analisando-se a operação do circuito  por semiciclo da tensão de entrada, conforme exposto a seguir.

 

Semiciclo negativo

Estabelecendo-se a referência de potencial no primário e secundário do transformador, conforme indicado na Fig.3, verifica-se, que durante o semiciclo negativo da tensão de entrada, o ânodo do diodo D₁  fica submetido a um potencial positivo, ao passo que o ânodo do diodo D₂ fica submetido a um potencial negativo.

Dessa forma, o diodo D₁ entra no estado de condução enquanto o diodo D₂ entra em bloqueio. Utilizando-se o modelo ideal para o diodo semicondutor, obtém-se o circuito equivalente ilustrado na Fig.4. Como pode ser aí observado, a condição de condução de D₁ permite a circulação de corrente através da carga do terminal positivo para o terminal de referência. Nessas condições, a tensão existente no primário é transferida, com uma inversão de sinal, diretamente para a carga.

Semiciclo positivo

Durante o semiciclo positivo, ocorre a inversão de polaridade no secundário do transformador, conforme ilustrado na Fig.5.  Conseqüentemente, o diodo D₁  torna-se inversamente polarizado entrando em bloqueio. O estado de  polarização direta nesse caso ocorre no diodo D₂, que entra no regime de condução.

O circuito equivalente durante este semiciclo é, portanto, oposto àquele correspondente ao semiciclo negativo, conforme ilustrado na Fig.6. A corrente agora circula pela carga, através do diodo D₂ que está em condução. O fluxo de corrente mantém-se no mesmo sentido daquele obtido durante o semiciclo negativo, e a tensão no primário é transferida diretamente para a carga, conforme ilustrado na Fig.6.

Analisando-se,  portanto, um  ciclo  completo  da  tensão  de  entrada, verifica-se que o circuito retificador transfere para a carga dois semiciclos de tensão positiva com relação à referência de potencial, conforme ilustrado na Fig.7, onde os diodos conduzem isoladamente em cada semiciclo.

TENSÃO E CORRENTE DE SAÍDA

 

Tensão de saída

A retificação de onda completa com derivação central transfere à carga dois semiciclos positivos de tensão para cada ciclo da tensão de entrada. Como a tensão de saída é formada de pulsos idênticos de tensão, o que é mostrado na Fig.8, a tensão cc que seria medida na carga pode ser obtida determinando-se o valor médio da tensão de saída em apenas um semiciclo da tensão de entrada.

Uma vez que a média pode ser calculada em  um único semiciclo, o valor a ser obtido deve corresponder ao dobro daquele determinado no caso do retificador de meia onda. Dessa forma, e com base nos resultados obtidos para o retificador de meia onda, a tensão V_cc medida na carga é dada por

Observando atentamente o processo de retificação de onda completa com derivação central, verifica-se que cada metade do circuito corresponde a um retificador de meia onda que opera isoladamente em cada semiciclo da tensão de entrada, conforme ilustrado na seqüência de diagramas da Fig.10.

Como neste tipo de retificação um ciclo completo da tensão ca de entrada é transformado em dois semiciclos de tensão sobre a carga, conclui-se que a freqüência dos picos de tensão na carga é o dobro da freqüência da rede.

Fig.10 Retificador de onda completa visto como dois retificadores de meia onda que se alternam a cada semiciclo da tensão de entrada.

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. Nessa aproximação, a Eq.(1) assume a forma  simplificada

Corrente de saída

         Como as variações da corrente na carga seguem as mesmas variações da tensão aí presente em cada instante de tempo, conclui-se que a corrente média no resistor R  pode ser determinada simplesmente pela expressão

A seguir são apresentados dois exemplos do cálculo da tensão e da corrente cc no retificador de onda completa com derivação central.

Exemplo 1: Para o circuito retificador com diodo de silício ilustrado na Fig.11, determinar V_cc e I_cc para V_ca = 6 V.

A corrente na carga é obtida com o uso da Eq.(5), fornecendo

Exemplo 2: Para o circuito retificador com o diodo de silício ilustrado na Fig.12, determinar V_cc e I_cc para V_ca = 20 V

Com V_ca > 10 V, utiliza-se a Eq.(4). Note-se, no entanto, que na Fig.12 a posição dos diodos está invertida com respeito à configuração da Fig.11. Uma troca de sinal é, portanto, necessária no primeiro membro da Eq.(4), fornecendo

RETIFICAÇÃO DE ONDA COMPLETA EM PONTE

A retificação de onda completa em ponte utiliza quatro diodos semicondutores e transfere para a carga uma onda retificada, sem a necessidade de uso de um transformador com derivação central, conforme ilustrado na Fig.13

Esse tipo de configuração, também denominado de Ponte de Graëtz, tem o seu princípio de funcionamento descrito a seguir.

FUNCIONAMENTO

Semiciclo positivo

Considerando o semiciclo de tensão positiva na entrada do circuito ilustrado na Fig.14, uma inspeção das polarizações dos quatro diodos indica os regimes de operação listados na Tabela 1

Tabela 1 Polarizações e regimes de operação dos diodos durante o semiciclo positivo da tensão de entrada.

Diodo	Polarização	Regime de operação
D1	ânodo positivo em relação ao cátodo	condução
D2	cátodo positivo em relação ao ânodo	bloqueio
D3	cátodo negativo em relação ao ânodo	condução
D4	ânodo negativo em relação ao cátodo	bloqueio

Utilizando o modelo da chave ideal para o diodo, e as condições estabelecidas na Tabela 1, obtém-se o circuito equivalente apresentado na Fig.15.

Como as chaves em aberto não interferem no funcionamento do circuito, verifica-se que D₁ e D₃ em condução fecham o circuito elétrico, tornando os pontos A e B da Fig.16 equivalentes. Dessa forma, a tensão de entrada é transferida para a carga.

Semiciclo negativo

Durante o semiciclo negativo, ocorre a inversão de polaridade nos terminais de entrada do circuito, conforme mostrado na Fig.17 e os regimes de operação dos diodos são modificados conforme listado na Tabela 2.

Tabela 2 Polarizações e regimes de operação dos diodos durante o semiciclo negativo da tensão de entrada.

Diodo	Polarização	Regime de operação
D1	ânodo negativo em relação ao cátodo	bloqueio
D2	cátodo negativo em relação ao ânodo	condução
D3	cátodo positivo em relação ao ânodo	bloqueio
D4	ânodo positivo em relação ao cátodo	condução

Com base na Tabela 2, e utilizando-se novamente o modelo da chave ideal para o diodo, obtém-se o circuito equivalente mostrado na Fig.18

O circuito equivalente com as chaves em aberto removidas é mostrado na Fig.19. Um exame do circuito indica que a tensão de entrada é transferida, com uma inversão de sinal, para a carga.  Como a tensão de entrada é negativa, aquela na carga permanece positiva, completando, assim, o processo de retificação.

A Fig.20 ilustra como a corrente flui no circuito durante o semiciclo negativo da tensão de entrada, onde se pode verificar que o fluxo de corrente se dá no mesmo sentido daquele obtido durante o semiciclo positivo.

A ponte retificadora é muitas vezes representada nos esquemas elétricos pelo diagrama mostrado na Fig.21, com a barra e a seta do símbolo do diodo indicando os terminais positivo e negativo, respectivamente. Os outros dois terminais representam os pontos de conexão da tensão de entrada.