Resumo do Experimento de Laboratório de Eletrônica Retificador de Onda Completa PDF

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Resumo da atividade em laboratório da disciplina no Curso de Engenharia de Computação...

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RESUMO DO EXPERIMENTO DE LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA Santa Maria, 24 de agosto de 2016

Resumo: Este experimento consiste em fazer um retificador de onda completa com e sem filtro capacitivo, onde entra uma corrente alternada e obtém-se corrente contínua. Em um retificador de onda completa o sinal da corrente não está totalmente retificado, para isso, pode-se utilizar um capacitor em paralelo com a carga, que serve como filtro e é capaz de estabilizar o sinal. Além disso, o capacitor mantém a tensão na carga próximo ao valor de pico por mais tempo já que quando a tensão do sinal cai, o capacitor começa a descarregar, alimentando as cargas. Palavras-chave: diodo, retificador, onda completa, Spice Opus 1. Introdução A energia a nós fornecidas pelas fontes de alimentação das nossas residências e até mesmo no nosso meio de trabalho são, em sua maioria, fontes de corrente alternada. Estas encontram-se em tensões que variam de 110 a 220 volts a uma frequência normalmente de 60 hertz. Entretanto, muitos componentes eletrônicos não trabalham com este tipo de corrente, sendo então necessário um dispositivo que seja capaz de transformar a corrente alternada para uma corrente contínua. Nesse contexto que se insere os diodos retificadores, que compõe o circuito retificador de onda completa, que será apresentado neste relatório. O circuito retificador de onda completa trabalhado em laboratório pelo grupo foi composto por um transformador, um resistor, dois diodos retificadores e posteriormente um capacitor (para ver como a corrente se comportaria) e mais um resistor (para fazer a medida da corrente em série com um dos diodos). A figura abaixo ilustra basicamente a montagem do circuito que foi montado pelo grupo em laboratório.  





O funcionamento deste circuito, resumidamente é o seguinte: durante a onda positiva da fonte o diodo superior conduz e o mesmo transmite energia para o resistor enquanto o outro diodo, reversamente polarizado, não conduz. Quando a onda do transformador for negativa o diodo inferior e quem vai conduzir para o resistor sua energia e o mesmo, transfere a corrente já contínua para o terra, agora o diodo superior e quem está reversamente polarizado, logo um circuito aberto. Esta corrente que vai para o terra poderia estar potencialmente carregando uma bateria de celular, por exemplo. Um dado interessante e que o retificador de onda completa é mais eficiente do que o retificador de meia onda. Em onda completa, o capacitor descarrega por um tempo menor e com isso, sua tensão permanece próxima a tensão de pico até que seja carregado novamente. O desenho abaixo pode exemplificar sucintamente como o retificador age sobre as ondas senoidais da corrente alternada.

A corrente elétrica alternada tem sua forma de onda senoidal. Já a corrente contínua tem apenas a onda positiva de maneira contínua, sem intervalos. A adição de um capacitor eletrolítico em paralelo com o resistor ajuda a manter a tensão de saída ainda mais estável e contínua, como será mostrado nos resultados a seguir. Abaixo segue ilustrado como deve ser adicionado o capacitor ao circuito retificador de onda completa.

2. Procedimento Experimental Nosso experimento começou pela montagem do circuito da figura 1 na protoboard, seguido pela medição dos valores utilizando o multímetro e finalizamos com a análise das ondas através do osciloscópio.

Figura 1 - Circuito do Retificador de Onda Completa Primeiramente conectamos os cabos de alimentação partindo dos terminais do transformador, um do polo positivo e o central (aterrado), para dois pinos vdd e o polo negativo para o gnd da protoboard. Colocamos dois diodos de modo que cada um fique diretamente polarizado em diferentes momentos – enquanto passa a parte positiva da onda, apenas um conduzirá corrente já que o outro diodo atua como circuito aberto e quando os polos se invertem, os papéis dos diodos também trocam. Energizamos o circuito conectando o transformador na fonte de energia de 220 volts. As figuras abaixo retratam a montagem do circuito:

Medimos então as tensões no secundário do transformador (com o multímetro em AC – corrente alternada) e na saída do retificador (multímetro em DC – corrente contínua), além da tensão e a corrente no diodo. Assim que obtidos os primeiros resultados conectamos o capacitor ao circuito em paralelo com o resistor e novas medidas foram tomadas usando os mesmos métodos anteriores. Finalizando o experimento, conectamos as ponteiras do osciloscópio ao circuito e capturamos as formas de onda da tensão AC e tensão na saída do retificador, junto com as medidas que o osciloscópio foi configurado para fornecer, tais como tensão, frequência e corrente. Para medir a forma de onda da tensão sobre o diodo, o referencial mudou para o anodo do diodo e a ponteira foi posicionada no catodo. A corrente no diodo foi obtida inserindo um resistor de 1 ohm em série com os diodos e capturando a forma de onda da tensão sobre eles, que pela Lei de Ohm, tensão sobre resistência é igual a corrente, se a resistência for de 1 ohm, então a corrente é igual a tensão.

3. Resultados e Discussão Para os cálculos teóricos, tomamos os seguintes valores iniciais: frequência de 60 Hz, amplitude da tensão do transformador 6V e resistor de 470Ω. A onda original é calculada a partir do secundário do transformador, sua amplitude é equivalente ao valor eficaz da fonte convertido do RMS. V p = V dc * √2

= 6 * √2 = 8.487V

Considerando a onda completa, o valor pico-a-pico da tensão é equivalente ao dobro da tensão do pico: V p − p = V p * 2 = 8 .487 * 2 = 16.974V

A partir do valor de tensão de pico do transformador, calcula-se a tensão de pico do retificador, subtraindo 0,7V da V p . Mesmo contando com dois diodos, há apenas uma queda de tensão já que os diodos nunca conduzem ao mesmo tempo. V p - V d ) = ( 8.487 - 0.7) = 7.787 V Vout=(  Como procura-se um valor constante, o valor médio da onda da tensão é considerado e por se tratar de do dobro de semiciclos positivos, multiplica-se por 2: Vmed= (2 * V p )/π = (2 * 7.787)/π= 4.957 V A corrente que passa pelo retificador é calculada usando a Lei de Ohm com a Tensão média e a resistência: Imed=Vmed/R = 4.957/470= 10.548 mA Obtém-se o valor RMS da tensão sobre o diodo. Vrms=( V dc * √2 )/2 = ( 6 * √2 ) /2 = 4.243V Quando colocamos o capacitor há uma nova característica a se calcular, que é a Tensão de Ripple, que representa a amplitude da onda do retificador considerando a influência do Capacitor: Vripple = V p / (fRC) = 8.487 / (60*2π* 470 * 470*10-6  ) = 63.64mV Comparamos esses resultados obtidos teoricamente com os valores simulados e obtidos experimentalmente na tabela 1.

Resultados

Teórico

Simulado

Prático

Vrms

8.487V

8.485V

6.08V

Vp-p

16.974V

17V

17.2V

f

60Hz

60Hz

59.95Hz

Vmed

4.957V

5.402V

4.83V

Secundário Transformador (Saída)

Saída no

Retificador

Imed

10.548mA

11.49mA

5.09mA

Vmed

5.268V

5.170V

7.45V

Vripple

101.91mV

164.7mV

320mV

Vrms

4.243

4.242V

4.8V

(s/ Capacitor)

Saída no Retificador (c/ Capacitor) Tensão sobre o diodo D1

T  abela 1 – Valores obtidos experimentalmente, teoricamente e na simulação.

Através da simulação no Spice Opus, também obtemos os gráficos 1, 2 e 3.

Gráfico 1 : Em verde, a forma de onda do secundário do transformador. Em azul, a forma de onda no diodo. Em vermelho, a forma de onda da saída do retificador sem capacitor. Todos os gráficos foram simulados no Spice.

Gráfico 2 : Em verde, a forma de onda do secundário do transformador. Em azul, a forma de onda no diodo. Em vermelho, a forma de onda da saída do retificador com capacitor. Todos os gráficos foram simulados no Spice.

Gráfico 3 : Em vermelho, a forma de onda da saída do retificador com capacitor. Em verde, a corrente no diodo. Ambos os gráficos foram simulados no Spice.3

Com o osciloscópio, obtivemos os gráficos 4, 5, 6 e 7.

Gráfico 4 : Forma de onda no secundário do transformador obtida no osciloscópio

Gráfico 5: Forma de onda no nó V0 sem capacitor no osciloscópio

Gráfico 6 : Forma de onda no nó V0 com capacitor no osciloscópio

Gráfico 7 : Forma de onda da corrente passando por um diodo, obtida no osciloscópio

4. Conclusão Observamos que os valores obtidos experimentalmente são próximos dos calculados teoricamente, mas distantes dos simulados. Apesar disso, os gráficos são condizentes e obtivemos com precisão as formas de onda: (a) do transformador, onde o sinal é senoidal, (b) da saída do circuito retificador de onda completa, que consiste na combinação da forma de onda dos dois diodos, quando um diodo não está conduzindo, o outro está, logo temos durante todo o período algum sinal sendo conduzido, (c) da tensão de ripple, que com a presença do capacitor melhora consideravelmente a saída. Com isso, pwode-se concluir que o retificador de onda completa é um bom método de transformar corrente alternada em contínua, principalmente com a inserção do capacitor em paralelo com a carga, onde a tensão na saída foi ainda maior. Pudemos entender melhor o funcionamento do diodo, sua forma de condução e logo, o porquê de um sistema de retificação ter dois diodos. Referências [1] - ROBERT L. BOYLESTAD R.L., NASHELSKI, L. - Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 8a. Edição. Editora Pearson Prentice Hall. [2] - BEHZAD RAZAVI, Fundamentos de Microeletrônica, Editora LTC, 2010. [3] - SEDRA, A. S., SMITH K. C. Microeletrônica. Editora Pearson Prentice Hall, 5a. Edição, 2007. [4] - CORRADI, Romeu Junior. Eletronica Basica: informações elementares. Disponivel em: < http://www.netsoft.inf.br/aulas/EAC_Curso_Eletronica_Aplicada/2__Circuitos_Retificadore s.pdf>. Acesso em: 6 set de 2016 [5] - FURLAN, Rogerio. Retificadores. Disponível em: http://www.lsi.usp.br/~roseli/www/psi2307_2004-Teoria-1-Retif.pdf . Acesso em: 6 set de 2016....