Relatório II, Circuitos retificadores

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO 
 
 
 
 
LUIS FELIPE BENEDITO 
WILLIAN FERRARI 
 
 
 
 
ELETRÔNICA A 
RELATÓRIO EXPERIMENTAL II 
CIRCUITOS RETIFICADORES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PATO BRANCO 
2012
1. Introdução 
 
Os aparelhos eletrônicos em geral requerem o uso de tensão continua para o 
funcionamento. Portanto, nesses casos é necessário a implementação de um circuito 
retificador capaz de transformar a tensão alternada de entrada em tensão continua 
para uso no dispositivo. 
Contudo, o estudo tem por objetivo implementar um circuito capaz de retificar um 
sinal de entrada e posteriormente otimizá-lo utilizando um filtro capacitivo. 
 
 
2. Objetivos 
 
2.1. Gerais 
 
- Comprovar o funcionamento do circuito retificador sem filtro capacitivo; 
- Demostrar a utilidade da implementação de um filtro capacitivo ao circuito 
retificador. 
 
2.2. Específicos 
 
- Aplicar sobre os circuitos retificadores, tensões variantes no tempo para 
analise do funcionamento do dispositivo; 
- Obter a curva característica do diodo utilizando osciloscópio. 
 
 
3. Materiais Utilizados 
 
- Resistor 47KΩ 1/8W; 
- Diodo 1N4007; 
- Matriz de contato; 
- Fios condutores; 
- Gerador de funções Rigol Nº 14.276; 
- Osciloscópio Tektronik de 2 canais Nº 382.858. 
 
 
4. Fundamentação Teórica 
 
Como os diodos semicondutores permitem que a corrente elétrica entre seus 
terminais seja transportada somente em uma única direção, estes dispositivos são 
muitas vezes empregados em um circuito com a finalidade de conversão de tensão 
alternada para tensão continua, e são denominados retificadores. Porém para que 
essa conversão realmente aconteça, os diodos utilizados nos circuitos precisam ser 
implementados de forma correta, atentando a polarização de cada diodo empregado 
no circuito. 
Os circuitos retificadores de meia onda recebem uma tensão de entrada variante 
entre tensão positiva e tensão negativa, denominada tensão alternada. Tais circuitos 
retificadores são projetados utilizando um diodo e uma resistência de carga associados 
em série recebendo uma tensão alternada como mostra a Figura 1. 
 
 
 
Figura 1: Circuito retificador de meia onda. 
 
Considerando o diodo ideal, este se comporta com um curto-circuito quando 
polarizado diretamente, porém quando reversamente polarizado o diodo é 
representado por um circuito aberto, pois não ocorre a passagem de corrente elétrica 
entre seus terminais. 
A tensão aplicada ao circuito por ser alternada, pode ser representada através da 
figura abaixo: 
 
 
Figura 2: Sinal de tensão alternada. 
 
Contudo, quando a tensão alternada é aplicada ao circuito, o período em que a 
tensão de pico é positiva o diodo é polarizado diretamente permitindo a passagem de 
corrente entre seus terminais, porém quando esse período termina o diodo recebe um 
valor de tensão negativa, portando o diodo se comporta como um circuito aberto, 
bloqueando a passagem de corrente. 
 
 
Figura 3: Sinal retificado de meia onda. 
V
D
R
Nota-se que entre o período de π→2π e 3π→4π que a tensão de entrada é negativa, 
portando o sinal é retificado e a parte negativa da tensão de entrada é removida como 
mostra a Figura 3. 
Como o sinal de entrada é simétrico, ou seja, a fase negativa é igual a fase positiva, 
a tensão média Vcc de entrada é zero, pois é calculada através da soma algébrica entre 
as tensões positivas e negativas. Portanto, quando o sinal é retificado, o valor médio 
aumenta, pois o semi-ciclo negativo de entrada é retificado, ou excluído. Logo, 
matematicamente tem-se que a tensão média sobre a carga é definida pela Equação 1: 
 
 
√ 
 
 (1) 
 
Pode-se ainda calcular, através da Equação 2, a tensão eficaz Vrms responsável por 
fornecer tensão contínua ao circuito em quantidades compatíveis a tensão alternada 
dissipando um mesmo valor de potência para o circuito: 
 
 
 
√ 
 (2) 
 
Entretanto, a conversão realizada pelo circuito retificador simples ainda não 
fornece a tensão mais constante possível, podendo ser implantado ao circuito um 
capacitor em paralelo com o resistor de carga, operando como filtro, deixando o sinal 
de saída ainda mais contínuo. 
 
 
 
Figura 4: Circuito retificador de meia onda com filtro capacitivo. 
 
No circuito da Figura 4, o capacitor é colocado em paralelo com a resistência a fim 
de fornecer energia à carga durante o semi-ciclo negativo da tensão de entrada em 
que o diodo está desativado, já que se encontra reversamente polarizado e portando a 
carga não recebe energia proveniente do sinal de entrada alternada. 
Aplicando um sinal como o da Figura 2 ao circuito, com o capacitor inicialmente 
descarregado e considerando o diodo ideal, quando a tensão de entrada aplica ao 
circuito o sinal positivo, o diodo é polarizado diretamente, portanto há passagem de 
corrente elétrica e o capacitor começa o processo de carga até o momento em que 
atinge o valor de pico da tensão de entrada. 
Posteriormente, quando o sinal de tensão de entrada começa a fase negativa, o 
diodo é polarizado reversamente, portando não está ativo, ficando como um circuito 
aberto. Contudo, como agora o capacitor encontra-se carregado e o diodo não esta em 
operação, o capacitor começa o processo de descarga sobre o resistor em paralelo até 
que o tempo de descarga do capacitor ou o período da tensão de entrada seja 
alcançado. Portanto, se o tempo de descarga do capacitor é significativamente maior 
que período de tensão o capacitor sofre uma descarga mínima. 
V
D
R C
Começando um novo período de tensão, o capacitor apresentará uma carga, 
porém menor que o valor de pico da tensão de entrada e este começa novamente o 
processo de carga atingindo o valor máximo da tensão. Logo, quando a tensão de 
entrada está na fase negativa, o capacitor é mais uma vez descarregado e esse 
procedimento é repedido até que o circuito seja desligado. 
O sinal de tensão de saída retificado a partir do circuito da Figura 4 ainda não é 
100% contínuo, porém a utilização do filtro capacitivo possibilita uma melhora 
significativa em relação ao sinal retificado pelo circuito da Figura 1. A diferença entre o 
sinal de tensão retificado com filtro capacitivo com um sinal puramente constante é 
pequena e denominada ripple. 
Para efeito de análise, a Figura 5 apresenta sobreposta, a tensão de saída sobre o 
resistor de carga com e sem o filtro capacitivo conforme a tensão de entrada é 
alternada entre seu estado positivo e negativo. 
 
 
Figura 5: Sinal retificado de meia onda com filtro capacitivo. 
 
A corrente sobre o capacitor é definida pela Equação 3: 
 
 
 
 
 (3) 
 
ou pode ainda ser aproximada pela seguinte expressão: 
 
 
 
 
 (4) 
 
Como o capacitor é associado em paralelo com a carga, ambos possuem a mesma 
tensão entre seus terminais. E como o capacitor se descarrega sobre o resistor de 
carga gerando uma corrente de descarga, a variação de tensão pode ser representada 
pela tensão de ripple e a variação do tempo aproximada pelo período do ripple, com 
isso a corrente média sobre o capacitor pode ser calculada através da Equação 5: 
 
 
 
 
 (5) 
Entretanto, como a frequência é o inverso do período, o valor do capacitor pode 
ser determinado pela Equação 6: 
 
 
 
 
 (6) 
 
Portanto, para uma corrente e um capacitor semelhante, a tensão de ripple de um 
circuito retificador de onda completa é a metade obtida através de um circuito 
retificador de meia onda, pois como o sinal de entrada no caso dos retificadores de 
onda completa, a fasenegativa é invertida a frequência com que o capacitor se carrega 
é duplicada a cada ciclo de tensão de entrada. 
 
5. Procedimentos 
 
Com o objetivo de retificar um sinal a fim de deixá-lo contínuo, foi projetado um 
circuito através da conexão em série entre um gerador de função, um resistor de 47K e 
um diodo 1N4007 como ilustrado pela Figura 6. 
 
 
Figura 6: Projeto de circuito retificador de meia onda. 
 
Porém, para visualizar a forma de onda aplicada e a forma de onda gerada sobre o 
resistor de carga a partir do efeito do funcionamento do diodo, foi conectado um 
osciloscópio de dois canais ao circuito de forma que cada canal ficasse responsável por 
informar um dos sinais. 
Entretanto, como visto anteriormente, o sinal produzido por um circuito retificador 
de meia onda sem filtro como o da Figura 6 pode ainda ser melhorado, ou seja, pode 
ser aproximado ainda mais de um sinal puramente contínuo. Portanto, para aproximá-
lo foi adicionado ao circuito um capacitor em paralelo ao resistor de carga operando 
como filtro como mostra a Figura 7. 
 
 
Figura 7: Projeto de circuito retificador de meia onda com filtro capacitivo.
XFG1 XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_ + _
R
D
Gerador de
Função
Osciloscópio
XFG1 XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_ + _
R C
D
Gerador de
Função
Osciloscópio
Inicialmente, o circuito da Figura 7 foi projetado utilizando um capacitor com 
capacitância de 1µF. Após ser feita a análise sobre o circuito, para uma segunda 
análise, o capacitor foi substituído por um capacitor com capacitância de 100µF e, 
portanto maior. 
 
 
6. Resultados e Discussão 
 
Aplicando sobre os circuitos retificadores, tensões variantes no tempo para análise 
do funcionamento do dispositivo pode se obter a curva de carga e descarga do 
capacitor em cada caso. 
Na prática, foi utilizado um diodo acoplado a um resistor de forma que os dois 
ficassem associados em série, aplicando um sinal de entrada como o da Figura 8 com o 
gerador de funções os dados eram obtidos através do display do osciloscópio como 
pode ser observado abaixo pela figura que descreve a tensão de entrada e a tensão 
sobre a carga: 
 
 
Figura 8: Sinal de entrada aplicado ao circuito. 
 
Posteriormente, adicionando um capacitor de 100µF/63V em paralelo com o 
resistor de carga, obtemos a curva amarela descrevendo a carga e descarga sobre o 
capacitor quando o sinal de entrada é aplicado: 
 
 
Figura 9: Retificador utilizando capacitor 100uF/63V. 
Substituindo o capacitor inicial por um capacitor de 1µF/100V a curva amarela que 
descreve a carga sobre o capacitor é alterada: 
 
 
Figura 10: Retificador utilizando capacitor 1uF/100V. 
 
Os circuitos retificadores de meia onda recebem uma tensão de entrada variante 
entre tensão positiva e tensão negativa, denominada tensão alternada. 
Contudo, quando a tensão alternada é aplicada ao circuito, o período em que a 
tensão de pico é positiva o diodo é polarizado diretamente permitindo a passagem de 
corrente entre seus terminais, porém quando esse período termina o diodo recebe um 
valor de tensão negativa, portando o diodo se comporta como um circuito aberto, 
bloqueando a passagem de corrente na qual o capacitor “entra em funcionamento”. 
Aplicando um sinal como o da Figura 2 ao circuito, com o capacitor inicialmente 
descarregado e considerando o diodo ideal, quando a tensão de entrada aplica ao 
circuito o sinal positivo, o diodo é polarizado diretamente, portanto há passagem de 
corrente elétrica e o capacitor começa o processo de carga até o momento em que 
atinge o valor de pico da tensão de entrada. 
Para efeito de análise, os gráficos apresentam sobrepostos, a tensão de saída sobre 
o resistor de carga com e sem o filtro capacitivo conforme a tensão de entrada é 
alternada entre seu estado positivo e negativo. 
Como o capacitor é associado em paralelo com a carga, ambos possuem a mesma 
tensão entre seus terminais. E como o capacitor se descarrega sobre o resistor de 
carga gerando uma corrente de descarga, a variação de tensão pode ser representada 
pela tensão de ripple e a variação do tempo aproximada pelo período do ripple. 
 
 
7. Conclusão 
 
Tensão de ripple, pode se concluir que e a variação de tensão entre a carga total e 
a descarga do capacitor. 
A visualização da forma de onda do retificador de onda completa com filtro no 
osciloscópio foi de extrema valia para a compreensão do mecanismo de retificação e 
entendimento da ação do capacitor nesse circuito. Loco pode-se concluir a partir da 
Figura 9 e 10, que quando maior a capacitância do capacitor utilizado, menor será a 
tensão de ripple obtida. 
 
Apesar das medidas experimentais estarem um tanto distantes daquelas apuradas 
pela teoria, ainda assim o experimento provou-se válido. Um maior tempo de pesquisa 
no laboratório poderia ser útil de modo a compreender o porquê dessas disparidades. 
 
 
8. Referências 
 
[1] BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivos eletrônicos e teoria de 
circuitos. 8. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2004. 
 
[2] MALVINO, Albert Paul. Eletrônica - São Paulo, McGraw-Hill do Brasil, 1987. 1 
Vol. 
 
[3] ANDERSON. Circuitos elétricos. Disponível em < 
http://www.eletrecidade.com/2012/10/retificador-de-meia-onda-com-
filtro.html#axzz2A7noJYMj>. Acessado em 20/10/2012. 
 
[4] OSMAR, MARCELO, LINCOLN. Experiência 4 – Retificadores. Disponível em < 
http://dc142.4shared.com/doc/MGhYYQVK/preview.html>. Acessado em 
20/10/2012.