DIAGRAMA DE BLOCOS DE UMA FONTE DE TENSÃO

Essa deficiência presente nos retificadores é resolvida pelo emprego de um filtroEssa deficiência presente nos retificadores é resolvida pelo emprego de um filtroconectado entre a saída do retificador e a carga. O filtro atua no sentido de aproximar atensão na carga, tanto quanto possível, da tensão contínua ideal, de valor.

TRANSFORMADOR

Diminui a tensão de saída

A tensão do secundário é igual a tensão do primário dividida pela relação de espiras do transformador

O termo magnetismo resultou do nome Magnésio, região da Ásia menor (Turquia),devido a um minério chamado magnetita (ímã natural) com a propriedade de atrairobjetos ferrosos à distância ( sem contato físico).

ELETROMAGNETISMO

A Magnetita é um mineral magnético formado pelos óxidosde ferro II e III cuja fórmula química é Fe2O3. A magnetitaapresenta na sua composição, aproximadamente 69% deFeO e 31% de Fe2O3 ou 26,7% de ferro e 72,4% deoxigênio.A magnetita é a pedra-ímã mais magnética de todos osminerais da Terra e a existência desta propriedade foiutilizada para a fabricação de bussolas.utilizada para a fabricação de bussolas.

Campo magnético é a região do espaço em torno de um condutor percorrido porcorrente elétrica ou em torno de um ímã. Para cada ponto do campo magnético existeum vetor B, denominado vetor campo magnético.

No sistema internacional a unidade do vetor B é o Tesla (T).

FONTES DE CAMPO MAGNÉTICO

RETIFICADOR DE MEIA ONDA

- Tem a característica de conduzir corrente somente num sentido.

- A freqüência de ondulação na saída é igual à freqüência de entrada.

- Possui um diodo em série com o resistor de carga.

- Tensão na carga corresponde à metade da onda inserida na entrada. - O valor de tensão DC na saída é um valor médio de tensão.

- O retificador de meia onda tem baixa eficiência

O diodo conduz,somente, durante ossemiciclos positivos .

O diodo conduz, somente, durante os semiciclos negati vos .

EQUAÇÕES

- Possui um transformador com tape central (center-tapped) e dois diodos.- A tensão na carga é um sinal de onda completa cujo pico é a metade da tensão secundária.

- Há uma defasagem de 180º entre as tensões de saída

- As tensões VA e VB são medidas em relação ao ponto C.T. (0V).- Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num único sentido emRL e por isto, a corrente em RL é contínua.

- Somente os semiciclos positivos de A e de B passampara a saída.

RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM CENTER TAPE

A entrada para cada diodo é a metade da tensão do secundário.

EQUAÇÕES

A freqüência de ondulação na saída é o dobro dafreqüência de entrada

RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE

- Pode-se ter um retificador de onda completa ligado diretamente à rede elétrica

- Conduzem somente dois diodos de cada vez- Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num único sentido em RL e por isto, a corrente em RL é contínua. Somente os semiciclos positivos passam para a saída.

A freqüência de ondulação na saída é o dobro da fre qüência de entrada

- A tensão na carga é um sinal de onda completa com valor de pico igual à tensão secundária

EQUAÇÕES

f = 120 Hz para onda completa

Vond é a tensão de ondulação ou de ripple na saída e quanto menor for Vond mais próxima de uma tensão contínua pura será a tensão de saída

Em onda completa a filtragem é mais eficiente do que para meia onda e isto por que, no retificador de onda completa, a tensão de ondulação é menor.

FORMAS DE ONDA PARA FILTRAGEM EM MEIA ONDA E EM OND A COMPLETA .

O CAPACITOR COMO ELEMENTO DE FILTRAGEM

A capacidade de armazenamento de energia elétrica dos capacitores pode ser utilizadacomo recurso para realizar um processo de filtragem na tensão de saída de um circuitoretificador.Essa filtragem é realizada conectando-se o capacitor diretamente nosterminais de saída do circuito retificador.

RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA RETIFICADOR DE MEIA ONDA

FILTRO CAPACITIVO DE ENTRADA CARGA

DESCARGA

VRPP, é a tensão de Ripple de pico-a-picoVRPP, é a tensão de Ripple de pico-a-pico

Nos intervalos de tempo em que o diodo entra em regime de condução, uma parte dacorrente flui através da carga com a parte restante fluindo para o capacitor.Nessesintervalos de tempo, carga elétrica é transferida da armadura conectada ao cátodo dodiodo para a segunda armadura do capacitor.

Nos intervalos de tempo em que o diodo opera no regime de bloqueio, o capacitor iniciao processo de transferência da carga elétrica da armadura negativa para a positiva.Com o circuito retificador em bloqueio, não é possível a ocorrência de um fluxo de corrente através do circuito retificador. Conseqüentemente, a corrente produzida pela descarga do capacitor flui através da carga.

Por estar em paralelo com o capacitor, a carga fica sempre submetida à mesmadiferença de potencial existente entre as armaduras do capacitor.À medida que ocorre a descarga do capacitor, a diferença de potencial entre asarmaduras diminui.

A eficiência nos sistemas de retificação pode ser observada comparando-se os gráficosdas tensões de saída do circuito retificador com e sem filtro capacitivo.

SEM FILTRO RETIFICADOR COM FILTRO RETIFICADOR

A colocação de um capacitor nasaída de um circuito retificadoraumenta o valor da tensão média nacarga .

O capacitor na saída do circuito retificador sofre sucessivos processos de carga edescarga. Nos períodos de condução do diodo o capacitor sofre carga e sua tensãoaumenta, enquanto nos períodos de bloqueio o capacitor descarrega e sua tensãodiminui.

Os intervalos de tempo t1 E t2 definem as durações dos processos de carga e descarga.

t1 = intervalo de tempo do processo de carga do cap acitor.

t2 = intervalo de tempo do processo de descarga do capacitor.

Como se pode observar, a tensão de saída não assume o valor constante característicode uma tensão puramente contínua, variando no tempo entre os valores extremos V1 eVmáx. Essa variação na tensão de saída é denominada de ondulação, termo derivado do inglês ripple .

Ondulação ou ripple, é a variação observada na tensãode saída do circuito retificador com filtro capacitivo.

A diferença entre os valores Vmáx e V1 é definida como a tensão de ondulação (Vond).Este parâmetro, assume a expressão matemática abaixo.

1máxond VVV −=

A tensão de ondulação de uma fonte retificada é uma medida da componente alternadapresente na saída da fonte. O valor dessa componente alternada serve como parâmetrode avaliação da qualidade de um circuito retificador.Quanto menor o valor da componente alternada presente na saída de uma fonte retificadora melhor é sua qualidade.

A ondulação na saída de um circuito retificador depende fundamentalmente de três fatores.

Capacidade de armazenamento do capacitor

Resistência de carga

É proporcional ao valor de sua capacitância.

Quanto maior for o valor da resistência de carga, menor será a corrente supridapelo capacitor durante o processo de descarga.

Fixado o valor da resistência de carga,um maior valor da capacitância implica um processo de descarga mais lento e,conseqüentemente, uma menor tensão de ondulação.

Dessa forma, a carga elétricaarmazenada na armadura positiva do capacitor diminui mais lentamente nadescarga, resultando em uma menor tensão de ondulação.

Tipo de circuito retificadorFixados os valores da resistência de carga e da capacitância do circuito retificador,a tensão de ondulação fica dependente apenas do tipo de circuito retificador.

descarga, resultando em uma menor tensão de ondulação.

Nocircuito retificador de onda completa o capacitor é carregado duas vezes a cadaciclo da tensão de entrada. Esse tipo de circuito opera, portanto, com a metade dotempo do retificador de meia onda, exibindo assim uma menor tensão de ondulação.

A tensão média Vcc no capacitor desaída de um circuito retificador de ondacompleta ou de meia onda pode sercalculada a partir da expressão abaixo.

2ond

máxcc

VVV −=

Na ausência de um resistor de carga, ouequivalentemente com a saída em aberto,o capacitor nunca descarrega. Nessascondições, Vond = 0.

VxCAVV 2máxcc ==

Na ausência de um resistor de carga, as tensões de saída dos circuitos retificadores de meia onda e de onda completa com filtro capacitivo não variam no tempo.

Exemplo 1: Analisar o comportamento de um circuito retificador de meia onda.

Na ausência de um resistor de carga, a tensão de saída é constante.

VCAV x2cc = V 21,2 15 2cc =×=V

Esse comportamento pode ser observadoconectando-se um osciloscópio em modo dcna saída da fonte retificadora.

20VDC

Cada quadrante vale 5VDC

10VDC

Exemplo 2: Com um resistor na saída, aparece uma ondulação na tensão de saída.Admitindo-se que a tensão de ondulação seja Vond = 3 V, calcule Vond.

20VDC

Circuito retificador conectado a uma carga.

V 19,7

5,1 21,2 2

32 15

cc

cc

=⇒

−=−×=

V

V 2ond

máxcc

VVV −=

Cada quadrante vale 5VDC

10VDC

Modelo Analógico

Modelo Digital

O osciloscópio é um instrumento de medição que permite visualizar graficamentesinais elétricos. Na maioria das aplicações, o osciloscópio mostra como é que um sinalelétrico varia no tempo. Neste caso, o eixo vertical (Y) representa a amplitude do sinal(tensão) e o eixo horizontal (X) representa o tempo . A intensidade (ou brilho ) é porvezes chamada de eixo dos Z.

A ondulação é uma componente alternada presente na tensão de saída de uma fonteretificadora com filtro capacitivo conectado uma carga. Em situações de interesseprático, o valor da tensão de ondulação é normalmente inferior a 10% do valor Vcc.Para medir com precisão o valor da tensão de ondulação no capacitor de saída de umafonte retificadora, deve-se utilizar o modo de operação ac do osciloscópio.

A expressão utilizada no projeto do filtro capacitivo, sem introduzir erro significativo emsituações em que a tensão de ondulação seja inferior a 20% do valor Vcc é mostradaabaixo.

ond

máx V

ITC =

•Vond = Tensão de ondulação medida em Volts•Imáx = Corrente máxima na carga em mA•T = Período aproximado da descarga do capacitor•C = Valor da capacitância do filtro em µF

Para uma freqüência AC de 60 Hz utiliza-se :•T = 16,6 ms para um retificador de meia onda•T = 8,33 ms para um retificador de onda completa

Exemplo 1: Deseja-se montar uma fonte retificadora de meia onda com tensão de saída de 12V, corrente de 150mA, e com ondulação de 2V. Assumindo a freqüência da rede elétrica de 60 Hz, determinar a capacitância.

DADOS

Vout = 12V

Imáx = 150 mA

Vond = 2V

T = 16,6 ms

Hz = 60Hz

Para uma freqüência AC de 60 Hz utiliza-se retificador de meia onda

ond

máx V

ITC =

Exemplo 2: Deseja-se montar uma fonte retificadora de onda completa com tensão de saída de 13,8V, corrente de 900mA, e com ondulação de 1,5V. Assumindo a freqüência da rede elétrica de 60 Hz, determinar a capacitância.

T = 8,33 msPara uma freqüência AC de 60 Hz utiliza-se

retificador de onda completa

máxI

DADOS

Vout = 13,8V

Imáx = 900 mA

Vond = 1,5V

Hz = 60Hz

ond

máx V

ITC =

Ao se projetar uma fonte retificadora, além do valor da capacitância do filtro, deve-se,também, especificar sua tensão de isolação. A tensão de isolação deve ser sempresuperior ao maior valor da tensão de operação do capacitor.

O filtro capacitivo ideal seria aquele que possibilitasse a obtenção de uma tensão desaída não ondulada.

Certamente este tipo de capacitor deveria exibir uma capacidade de armazenamento decarga elétrica elevadíssima para poder manter a tensão de saída absolutamenteconstante. Nota-se, portanto, que a utilização prática de um filtro capacitivo queproduza pequena ondulação na saída requer uma certa ponderação:

Na prática, os filtros capacitivos normalmente utilizados na construção de fontesretificadoras são do tipo eletrolítico, pois esse tipo de filtro apresenta um alto valor decapacitância por unidade de volume.

Vale também observar que, se a tensão de ondulação de uma fonte retificadora éelevada demais para alimentação de um determinado equipamento, utilizam-senormalmente circuitos eletrônicos destinados especificamente à regulação da tensãode alimentação, evitando, assim, a necessidade de alteração do filtro capacitivo.

Diminuir o percentual de ondulação implica no uso de filtros de alta capacitância, quealém de serem mais volumosos, aumentam o custo do projeto.

Retificador de meia onda com capacitor de filtro na entrada:

ESPECIFICAÇÃO DE DIODOS – VBR e IDM

Retificador de onda completa com capacitor de filtro de entrada:

Retificador de onda completa em ponte com capacitor de filtro de entrada

EXEMPLOS

1) Dado o circuito retificador de meia onda, calcule:

Vdc = ?VP(carga) = ?

Imed = ?

DADOS:RL= 20 ohms VP = 17,96VAC

QD - VP VP(carga)=0,7 - 17,96 VP(carga)=

17,26V VP(carga)=

Vp(carga) 17,26

∏= Vp(carga) Vdc

∏= 17,26 Vdc

5,49V Vdc=

RL

VPIP =

20

17,26IP = Α= 863,0IP

∏= IP

Imed∏

= 0,863Imed Α= 274,0Imed

Como é uma retificação meia onda,a carga recebe picos de tensãoelevados, e opera com um valormédio não estabilizado.

EXEMPLOS

2) Dado o circuito retificador de meia onda, calcule:

Vdc = ?VP(carga) = ?

Imed = ?

DADOS:RL= 10 ohms VP = 16,97VAC

QD - VP VP(carga)=1,4 - 16,97 VP(carga)=

15,57V VP(carga)=

Vp(carga) 15,57

Hz(in) = 60 Hz(out) = ?

∏= Vp(carga) Vdc

∏= 15,57 Vdc

9,91V Vdc=

RL

VPIP =

10

15,57IP = Α= 557,1IP

∏= IP

Imed∏

= 1,557Imed Α= 495,0Imed

Apesar de ser uma retificação deonda completa, a carga aindarecebe picos de tensão, a diferençasão a redução dos intervalos.

)(2)( inxHzoutHz = 602)( xoutHz = 120)( =outHz

1.Explique com suas palavras qual o objetivo de utilização de um filtro na saída de um retificador?

2.Tendo em vista a teoria estudada, que ocorre com a tensão média na carga quando se coloca um capacitor em paralelo com a saída de um retificador?

3.Utilizando os conceitos de retificação explique o que é ondulação?

4.Qual a relação entre ondulação e qualidade de uma fonte retificadora?

Questionário

5.Que fatores influenciam a ondulação?

6.Qual a tensão média na saída de um retificador de meia onda, com filtro, submetido a uma tensão de entrada com Vmáx = 10 V para uma tensão de ondulação de 1 V?

7.Que modo de operação deve ser utilizado em um osciloscópio para medição precisa da tensão de ondulação na saída de uma fonte retificadora com filtro?

8.Por que se utilizam capacitores eletrolíticos na construção de fontes retificadoras?

(1) Especificação da carga: tensão e corrente de alimentação (com ripple incluso);

PASSOS PARA O PROJETO

(2) Determinação do capacitor de filtro;

(3) Determinação das características do diodo: VBR e IDM;

(4) Determinação das características do transformador: relação de espiras e potência do transformador. do transformador.

TRABALHO

Projetar uma fonte de alimentação 1 - Entrada de 127VAC – 220VAC - 60 Hz;2- Tensão de saída de (13,8VDC ± 0,2%);3 - Para alimentar uma carga como consumo de 400 mA de corrente;4 - Apresentar esquema elétrico; 5 - Layout da placa;6 - Lista de componentes;7 - Avaliação será executada no laboratório;