Retificador de meia onda com capacitor de suavização
A maioria dos aparelhos eletrônicos usa tensão DC. Por isso frequentemente é necessário transformar a tensão AC em tensão DC.
A figura 9 mostrou que utilizando diodo é possível eliminar a parte negativa da senoide. Isso, porém não é suficiente, então recorre-se ao uso de um capacitor como mostrado na figura 11.
A função do capacitor é suavizar a forma da onda quando ele está no modo “descarga”. Quanto maior a capacitância maior será a suavização, mas há limites tanto no custo quanto no tamanho dos tipos de suavização dos capacitores usados.
O capacitor vai se carregando, conforme o valor de tensão da senoide vai subindo. Quando a senoide chega ao valor máximo, chamado valor de pico, o capacitor está carregado com esse valor máximo de tensão.
Agora o valor da tensão da senoide vai caindo, porém o capacitor vai descarregando devagar (a linha reta em azul, entre os dois picos) até que o valor da tensão da senoide voltar a subir, e assim sucessivamente.
O resultado é uma saída que não é uma reta contínua, mas serrilhada como mostrado.
Para o circuito retificador monofásico de meia onda usando um diodo, não é muito prático tentar reduzir a tensão de ondulação apenas pelo uso do capacitor. Neste caso para resolver isso, usa-se um "Retificação de Onda Completa".
Na prática, o retificador de meia onda é pouco usado.
Retificadores com diodos
Módulo 7.2
-
O que é um diodo
-
Junção NP
-
Como é feito um diodo
-
Símbolo
-
Polaridade de um diodo
-
Diodo em tensão contínua DC, inversamente polarizado
Módulo 7.2
-
Retificador de meia onda
Retificador de Onda Completa
O uso de um Retificador de Onda Completa permite que a saída tenha muito menos ondulação do que a do retificador de meia onda produzindo uma forma de onda de saída muito mais suave.
Em um circuito retificador de onda completa típico, usam-se 4 diodos de retificação individuais conectados em uma configuração “bridge” (ponte) de malha fechada para produzir a saída desejada.
O transformador tem enrolamento primário conectado à rede elétrica, e o secundário é ligado à ponte de diodos e a carga, conforme mostrado na figura 12.
Os quatro diodos rotulados D 1 a D 4 estão dispostos em “pares de séries” com apenas dois diodos (no esquema com as mesma cores), conduzindo corrente durante cada meio ciclo.
Meio ciclo positivo
Durante o meio ciclo positivo da alimentação, os diodos D1 e D3 conduzem em série enquanto os diodos D2 e D4 são polarizados inversamente (cortados) e a corrente flui através da carga como mostrado abaixo.
Meio ciclo negativo
Durante o meio ciclo negativo da alimentação, os diodos D2 e D4 conduzem em série, mas os diodos D1 e D3 cortam, pois agora são polarizados inversamente. A corrente que flui através da carga é a mesma direção de antes.
O Capacitor ajuda a melhorar a saída DC do retificador e, ao mesmo tempo, reduz a variação CA da saída retificada. Os capacitores aumentam ainda mais o nível médio de saída CC, pois o capacitor atua como um dispositivo de armazenamento. Ainda assim sempre haverá uma pequena ondulação (ripple em inglês)
Comparação entre Meia Onda e Onda Completa
Os retificadores de onda completa têm algumas vantagens fundamentais sobre o retificador de meia onda. A tensão de saída do retificador de onda total tem, muito menos ondulação do que a do retificador de meia onda, produzindo uma forma de onda de saída mais suave, como podemos ver na figura 13.
Embora possamos usar quatro diodos de potência individuais para fazer um retificador de ponte de onda completa, os componentes do retificador de ponte pré-fabricados estão disponíveis em uma grande variedade de tamanhos diferentes, de tensão e corrente (ver figura 14), e que podem ser soldados diretamente em uma placa de circuito impresso.
Diodos de Potência
Os diodos de potência são similares em funcionamento aos diodos de sinal, porém suas principais características são:
• Maior capacidade de corrente direta
• Maior capacidade de tensão reversa
• Maior queda de tensão direta.
O mesmo se aplica às Pontes Retificadoras. Na figura 15, a Ponte à direita é usada para correntes de até 100 ampères, por isso trabalha com alta potência.
Aplicações usuais de Diodos e Pontes retificadoras
Em Circuitos eletrônicos
• Retificação de tensão (conversão CA para CC).
Os diodos são usados em configurações de retificador e clipper essencialmente.
• Polarizador de circuito - Quando há necessidade de polarização para uma operação adequada, impedindo o fluxo de corrente na direção errada.
• Retificação de onda completa: uma ponte de diodos é usada para este propósito.
Circuitos elétricos
• Eles podem ser usados em corrente alternada. Por exemplo, para obter duas potências de aquecimento em secadores de cabelo, um diodo é colocado em série com o resistor de aquecimento, obtendo-se uma temperatura menor. Quando se quer a obter a potência máxima, esse diodo é curto circuitado pelo acionamento de um interruptor.
Diodo Zener
O diodo Zener, é um diodo especial, pois as suas características de “funcionamento” se dão dentro da região de corte
São especialmente projetados para ter uma Tensão de Quebra Reversa baixa e especificada (dada pelas especificações do Zener), que será no final, a razão de ser de um diodo Zener.
Um diodo convencional bloqueia qualquer fluxo de corrente através de si mesmo quando inversamente polarizado, no entanto o Zener, assim que a tensão inversa atinge um valor predeterminado (isto é, o cátodo torna-se mais positivo que o ânodo), o diodo zener começa a conduzir na direção oposta.
Resumindo, quando a tensão inversa aplicada ao diodo zener excede a tensão nominal do dispositivo, ocorre um processo interno na camada de depleção do semicondutor, permitindo que uma corrente comece a fluir através do diodo Zener, evitando que haja um aumento dessa tensão reversa.
O ponto de tensão no qual a tensão através do diodo zener fica estável é chamado de “tensão do zener” e é representado por (Vz) figura 16.
Há uma ampla faixa de tensões reversas para diodos zener, e essas tensões podem variar muito. Assim há diodos de menos de um volt a algumas centenas de volts.
Símbolo de um Diodo Zener
O símbolo de um diodo Zener é mostrado na figura 16.
A tensão reversa (Vz) assim como a corrente (Iz) também estão indicados.
Pode haver uma pequena variação no desenho do símbolo do diodo Zener, em relação ao mostrado, se houver dúvida consulte os dados do fabricante.
Curva Característica do Diodo Zener
Como vemos, o diodo é usado com corrente reversa, ou seja, é aplicado uma tensão reversa.
A figura 17 mostra a curva característica da tensão versus corrente.
O diodo zener tem uma região característica (lado da polarização inversa) em que o valor de tensão negativa, é quase uma constante, independentemente do aumento do valor de corrente, desde que a corrente do diodo zener permaneça inferior a Iz max
O fato de que a tensão através do diodo na região de ruptura é quase constante acaba por ser uma característica importante do diodo zener, uma vez que pode ser usado nos tipos mais simples de aplicações de regulador de tensão.
Aplicações do doido Zener
Como a tensão de regulagem do Zener permanece praticamente constante, a principal aplicação desse diodo, é como regulador de tensão, em fontes de alimentação.
A figura 18 mostra um circuito simples, com o uso de um Zener como regulador.
,Neste circuito temos: Uma fonte de entrada de 12 V, Resistor de 400 ohms e um Zener de 7,5 V.
No circuito, o valor do resistor tem que ser de tal ordem, que não permita a ruptura do zener. Como calculamos:
Sabemos que V=RI, mas V, é igual a Ve (entrada) – Vz (zener) ou, 12 V–7,5 V = 4,5 V.
Como I=V/R logo, I=4,5/400 isto dá aproximadamente 0,011 A ou 11 mA.
Este é o valor de Iz, muito abaixo do valor de ruptura.
Observação:
A análise deste circuito, foi feita de maneira superficial (de propósito), levando em conta o nível de conteúdo proposto.
Por exemplo, a carga (um motor por exemplo) à qual poderá ser ligada esta fonte, modificará os valores de corrente, e isto deverá ser levado em conta, quanto ao valor dos demais componentes.
Diodo LED
Nos semicondutores, há uma categoria de componentes optoeletrônicos, capazes de produzir radiação de luz na área do espectro visível de seres humanos. Um desses componentes são os LED’s.
O diodo LED, acrônimo de Diodo Emissor de Luz, é um componente eletrônico com o mesmo funcionamento básico do diodo de silício, porém com construção bem diferente. Também contém uma junção PN, que ao ser polarizado diretamente, emite radiação de luz.
Feito com compostos metálicos e gases nos semicondutores, os díodos LED, têm uma tensão entre 1.5Volt e 3.2Volt (é necessário conhecer as características técnicas do diodo, pois este valor varia de acordo com seu comprimento de onda), para permitir a passagem de corrente entre 10 e 30 mA através de sua junção, e, emitir luz.
A luz pode ter cores diferentes dependendo do tipo de material usado. Este fenômeno é chamado de "eletroluminescência", é possível somente quando o diodo é polarizado diretamente.
Embora possa ser encontrado em diversas formas (díodos LED diferem um do outro em cores e formas, tamanhos e potências), o formato mais comum tem um formato esférico, figura 19.
Identificação dos terminais
Os terminais podem ser distinguidos: o ânodo é o terminal mais longo, o outro é o cátodo. Além disso, há um entalhe, área achatada figura 20.
Lembre-se, para operar em um circuito elétrico, as polaridades devem ser respeitadas.
Para o uso de um diodo de LED, é sempre necessário conectar um resistor em série com ele, pela simples razão de limitar a passagem de corrente e não destruir a junção interna.
Símbolo de um LED
O símbolo de um diodo LED é mostrado ao lado. Os dois símbolos são válidos, porém o mais usual, é o do lado esquerdo da figura.
Tipos de diodo emissor de luz
A história dos leds, ou melhor da eletroluminescência, tem mais de 100 anos, porém somente nos anos 1970, foram produzidos leds com bastante luminosidade e a um custo acessível
Ao misturar uma variedade de compostos de metais e gases aos semicondutores, é possível fabricar leds nas principais cores, além de infra vermelho e ultra violeta (estes dois não visíveis).
Como os LEDs são dispositivos de estado sólido, eles podem ser extremamente pequenos e duráveis e proporcionam uma vida útil muito maior do que as fontes de luz normais. Na figura 19 (à direita), é mostrada uma lâmpada afeita com diodos do tipo SMD.
Acoplador Ótico
Outra aplicação útil de diodos emissores de luz é o acoplamento óptico.
Um acoplador ótico, é um dispositivo eletrônico único que consiste em um diodo emissor de luz combinado com um fotodiodo, foto transistor ou foto Triac, como mostrado na figura 21.
O funcionamento consiste na transmissão de um sinal luminoso pelo Led (entrada), e a recepção por um Fotodiodo (saída) desse sinal.
O que o acoplador ótico faz, é basicamente separar fisicamente entre si, dois circuitos.
Dessa forma é mantido o isolamento elétrico entre dois circuitos.
Imagine que seja necessário operar ou controlar um equipamento que funcione com baixa tensão, porém sendo “alimentado” por uma tensão de rede de valor bem alto.
Nessas condições, o uso de um acoplador ótico é necessário para garantir esse isolamento elétrico entre as duas partes.
Um acoplador ótico (também chamado de opto-isolador) consiste em um corpo de plástico à prova de luz que possui tensões de ruptura típicas entre o circuito de entrada (fotodiodo) e o circuito de saída (foto transistor) de até 5000 volts.
A figura 21 mostra dois acopladores óticos, um com um fotodiodo e o outro com um foto transistor. À esquerda nessa figura, um Circuito Integrado (CI) de um Acoplador ótico.
