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Resumo    da    Teoria Problemas Resolvidos Problemas + Difíceis

1. Teoria Básica

Uma das maiores aplicações dos diodos é sua utilização nos chamados circuitos retificadores. O que vem a ser "circuitos retificadores"? Como já estudamos, existem os circuitos AC e os circuitos DC. A maioria dos equipamentos eletro-eletronicos funcionam com corrente DC. Porém, para os consumidores, as companhias eletrificadoras fornecem energia do tipo AC. Então, para que os equipamentos eletro-eletronicos funcionem adequadamente, devemos transformar a energia AC em energia DC. É aí que entram os retificadores AC - DC. Ou seja, transformam energia AC para energia DC.

Assim, o que vamos estudar neste capítulo é como retificar uma onda do tipo senoidal, fornecida aos consumidores, para uma corrente do tipo contínua.

2. Retificadores de Meia Onda

Basicamente, temos dois tipos de retificadores: os retificadores de meia onda e os retificadores de onda completa. Inicialmente, vamos estudar o retificador de meia onda. Na figura abaixo, temos representado um circuito retificador no seu modo mais simples.

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O circuito consiste de uma fonte de tensão alternada, passando por um diodo e alimentando uma carga RL. Lembre-se que o diodo só pemite passagem de corrente elétrica em um único sentido.

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Veja na figura acima o gráfico da tensão de entrada (parte superior da figura), e na parte de baixo da figura, a representação da tensão de saída Vo sobre a carga RL. Perceba que o semiciclo negativo da senóide é eliminado pelo diodo. Assim, só ficamos com os pulsos positivos.

Como isso acontece?    Quando a tensão de entrada parte da origem e seu valor começa a crescer, há uma polarização direta do diodo e este entra em condução. A grosso modo, diodo em condução, significa que o diodo age como um curto-circuito. Logo, toda a tensão da fonte aparece sobre a carga até chegar ao valor máximo. A partir desse ponto, a tensão começa a decrescer, chegando a zero. Seguindo, a senóide passa a ter valores negativos e isso faz com que o diodo entre na zona de corte. Ou seja, não há mais circulação de corrente pelo circuito, pois o diodo age como um circuito aberto. E isto, gera na saída, uma tensão zero, Isto perdura por todo o ciclo negativo. Quando volta o ciclo positivo, repete-se o processo.

O nosso desafio agora, é como preencher os espaços "vazios" entre os dois picos positivos, a fim de que possamos ter uma tensão de saída constante. Temos que acrescentar algum elemento que forneça energia à carga entre esses picos. Nada mais natural do que usarmos um ... CAPACITOR ... em paralelo com a carga. Vamos analisar como funciona o circuito se acrescentarmos um capacitor.

Veja na figura abaixo o circuito modificado onde incluímos o capacitor em paralelo com a carga. Quando incluímos o capacitor, há uma diferença no funcionamento do circuito. Assim que a tensão da fonte começa a crescer desde o zero, o diodo entra em condução transferindo carga para o capacitor. Esta situação se mantém até a senóide alcançar seu valor máximo. Neste momento, o capacitor também ficou com a tensão máxima. Nesse tempo, que perfaz os primeiros 90° da senóide, a fonte forneceu corrente para o capacitor e para a carga. Para maior clareza, no circuito o diodo é representado por um curto-circuito. E do circuito, facilmente concluímos que I = iC + iL.

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A partir desse momento, a tensão da fonte começa a decrescer. Porém, a tensão do capacitor não decresce na mesma proporção. Isto devido ao fato que a tensão da fonte passa a ter um valor menor que a tensão do capacitor. Então o diodo entra na zona de corte, agindo como um circuito aberto. Veja na figura abaixo, o diodo sendo representado por uma chave aberta. Desta forma, a fonte deixa de fornecer corrente ao capacitor e à carga. Logo, quem fornece corrente à carga é o capacitor, indicada pela seta verde e representada no circuito por iL.

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Pela figura abaixo, constatamos que quando a senóide varia entre 90° e 450°- φ (zona realçada em amarelo), é o capacitor que fornece corrente à carga. Aqui, φ representa o ângulo de condução do diodo. Assim, este pequeno intervalo de tempo que o diodo conduz é suficiente para, novamente, elevar a tensão no capacitor até o valor máximo da tensão de entrada. Isso repete-se ciclo a ciclo. Na figura estamos representando o primeiro ciclo imediatamente após o circuito ser alimentado pela fonte de tensão.

graph61-5J.png

É fácil perceber, pela figura acima, que quanto menor for o valor de ΔV, também menor será o tempo de condução (φ) do diodo. Isto implica que o diodo conduz o tempo necessário para que o capacitor volte a ter a tensão máxima. Após isso, o diodo volta a entrar em corte.

2.1 Tensão de Ondulação - ΔV

Normalmente nos problemas apresentados em livros ou provas, a tensão de ondulação pode ser especificada como um valor nunérico ou, como é mais comum, um percentual referente à tensão de saída do circuito.

Tomando como referência o último circuito, vemos que o mesmo é simplesmente um capacitor com uma tensão inicial Vmax (imediatamente após o diodo entrar em corte) em paralelo com a carga RL. Com o passar do tempo, o capacitor será descarregado pela carga. A idéia básica que devemos implementar é que a tensão no capacitor, entre os dois picos de tensão, seja igual a    VC = Vmax - ΔV.    Para isso, devemos ter uma constante de tempo    (τ = C. RL) de valor adequado. Como o valor de RL é conhecido, então nos resta calcular o valor do capacitor C que permita que as condições do problema sejam satisfeitas.

Do exposto acima, podemos escrever que:

ΔV = Vmax - VC    

Como conhecemos a tensão inicial do capacitor (Vmax), após um tempo t a tensão no capacitor será:

VC = Vmax (1 - e-(t/τ))    

Para encontrar uma equação aproximada do valor de C, vamos fazer duas simplificações, baseado no fato que para este caso temos τ = R C >> t. Logo, podemos escrever:

(1 - e-(t/τ)) = 1 - (t/τ)     e     t ≅ T

Na aproximação acima, T é o período da onda senoidal. Fazendo a substituição destes valores em     e combinando esta com    ,   vamos encontrar:

ΔV = Vmax - Vmax (1 - (T/R C))

Por outro lado, sabemos que a frequência é o inverso do período. Logo, resolvendo algebricamente a equação acima, chegamos a:

ΔV = Vmax / f R C

Portanto, conhecendo os valores de f, R e C, podemos calcular o valor da tensão de ondulação.

2.2 Valor do Capacitor de Filtragem

Caso no problema seja dado o valor da tensão de ondulação e peça o valor de C, basta transformar a equação acima em:

C = Vmax / f R ΔV


3. Retificadores de Meia Onda com Diodo Real

Até aqui estudamos o retificador de meia onda usando um diodo ideal, ou seja, não havia queda de tensão sobre ele. Mas na verdade, sabemos que quando um diodo encontra-se na zona de condução há uma diferença de potencial sobre ele de 0,7 volts. Logo, para encontrarmos a tensão máxima sobre a carga, devemos subtrair 0,7V da tensão máxima da fonte.


4. Tensão Reversa sobre o Diodo

Todos os diodos vem com uma especificação muito importante chamada tensão reversa. O que isso significa?   Perceba, nas explicações anteriores, que quando a senóide entra no pico negativo, a junção P-N do diodo fica submetida a uma polarização inversa ou reversa. Para que não haja danos ao diodo este deve ser capaz de suportar esta tensão reversa. Portanto, ao selecionar um diodo para um projeto não esqueça de verificar se ele suporta a tensão reversa no circuito.


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