Díodos

DÍODOS – CIRCUITOS DE APLICAÇÃO

Índice

Introdução

Circuitos limitadores ou recortadores

Circuito limitador série negativo Circuito limitador série positivo

Circuito limitador paralelo negativo Circuito limitador paralelo positivo

Circuitos limitadores polarizados

Limitador paralelo negativo polarizado Limitador paralelo positivo polarizado Limitador paralelo duplo polarizado

Circuitos fixadores

Circuito fixador de nível positivo Circuito fixador de topo

Circuitos multiplicadores de tensão

Duplicador de tensão tipo terminal comum (ou duplicador de meia onda)

Duplicador de tensão tipo simétrico Triplicador de tensão

Circuitos detectores

Detector de pico Detector por díodo

Filtros

Filtro com condensador

Rectificadores

Rectificador monofásico de meia-onda Rectificador monofásico de onda completa

com transformador com ponto médio no secundário Rectificador monofásico de onda completa de díodos ou em ponte de Graetz

Rectificador trifásico em estrela (ou de meia-onda)

Rectificador trifásico em ponte (ou de onda completa)

Rectificador de precisão

Introdução

Os díodos, como acontece também com os outros componentes electrónicos, têm múltiplas utilizações. As mais simples envolvem apenas um díodo. Um díodo é um elemento rectificador, pois conduz num sentido e não conduz no outro. Para ser mais preciso, quando está polarizado inversamente, conduz uma insignificante corrente no sentido inverso (chamada corrente inversa de saturação). Quando está polarizado directamente, conduz corrente no sentido directo, mas provoca uma queda de tensão no circuito. Se o díodo for de silício, esta tensão é de 0,6 a 0,7 V. Concretamente, se a tensão directa aplicada ao díodo não ultrapassar 0,5 V, ele não conduz (ou conduz uma corrente de muito pequeno valor). Nos exemplos seguintes vamos supor os díodos ideais. Um díodo ideal é aquele cuja corrente é 0 quando está polarizado inversamente e em que a tensão aos seus terminais é zero quando está polarizado directamente.

Índice

Circuitos limitadores ou recortadores

Circuito limitador série negativo

Quando ui é positivo, D fica polarizado directamente, a tensão aos seus terminais é pequena e circula corrente pelo díodo e por R. A tensão uo, em R, é praticamente igual a ui.

Quando ui é negativo, D fica polarizado indirectamente, pelo que não circula corrente nem por D nem por R. A tensão uo anula-se

Circuito limitador série positivo

Circuito limitador paralelo negativo

Quando ui > 0, D não conduz (OFF) e uo é igual à tensão em R2.

A forma de onda de uo é igual à de ui. Quando ui < 0, D conduz (ON), a tensão aos seus terminais praticamente anula-se e uo = 0.

Circuito limitador paralelo positivo

Circuitos limitadores polarizados

Limitador paralelo negativo polarizado

Quando ui > 0, D está polarizado inversamente (OFF) e a forma de onda de uo é igual à de ui, com

Quando ui < 0, D fica ON quando ui for maior que U. Então, uo = uD + U = 0 + U = U. Quando ui < U, D fica OFF e uo tem a forma da tensão de entrada.

Limitador paralelo positivo polarizado

Limitador paralelo duplo polarizado

Índice

Circuitos fixadores

Circuito fixador de nível positivo

C carrega na primeira metade da primeira alternância de ui (D ON) e uo = 0 porque D está ON. Nas restantes alternâncias D está OFF e C mantém a carga, sendo uo = Up + ui.

Circuito fixador de topo

C carrega quando D está ON (para ui > 0 e ui > UC). Então, uo = 0 (porque D está ON) e uC = ui. Quando ui se torna inferior a Ui máx, fica menor que uC = Ui máx. Então D passa a OFF e uo = uC + ui = - Ui máx + ui.

Índice

Circuitos multiplicadores de tensão

Duplicador de tensão tipo terminal comum

(ou duplicador de meia onda)

C1 carrega na primeira metade da primeira alternância de ui (D1 ON) e mantém a carga (D2 fica OFF). C2 carrega na segunda metade da primeira alternância de ui e na primeira metade da segunda alternância (D2 ON). C2 descarrega sobre RL (D2 OFF) até que a tensão em D1 seja novamente superior à tensão em C2.

Duplicador de tensão tipo simétrico

C1 carrega na primeira metade da primeira alternância de ui (D1 ON) e mantém a carga . C2 carrega na primeira metade da segunda alternância de ui (D2 ON) e mantém a carga . uo não descarrega sobre RL, pois em cada alternância D1 ou D2 está ON e RL fica ligado à rede.

Triplicador de tensão

C3 carrega na primeira metade da primeira alternância de ui (D3 ON) e mantém a carga a partir daí.

Índice

Filtros

Filtro com condensador

Quando ui > 0, D ON e uo = uC = ui. Quando ui se torna inferior a uC = ui máx, D passa a OFF e C descarrega-se sobre a carga RL, com uma constante de tempo dependente de C e de RL. Se a constante de tempo for muito superior ao período da tensão de entrada, a descarga de C será pequena, mantendo-se a tensão na carga com pouca variação. O filtro diminui a ondulação (ripple) natural do circuito rectificador.

Índice

Circuitos detectores

Detector de pico

Na primeira metade da primeira alternância de ui, D fica ON e C carrega-se com uC = ui até Ui máx. Quando ui se torna inferior a Ui máx, uC > ui. Então, D passa a OFF e C mantém sensivelmente a carga até que ui se torne novamente superior a uC. Então D fica novamente ON e uo = uC = ui.

Detector por díodo

O sinal da esquerda (ui) está modulado em amplitude. O díodo faz a rectificação do sinal de alta frequência. O condensador C filtra o sinal resultante e o sinal uo em R é a envolvente do sinal rectificado.

Índice

Rectificadores

A rectificação destina-se a obter uma forma de onda na carga unidireccional, a partir de uma rede alternada. Apenas por rectificação não é possível obter uma tensão contínua.

Rectificador monofásico de meia-onda

Rectificador monofásico de onda completa com transformador com ponto médio no secundário

Nesta rectificação, conduz um díodo em cada alternância. A tensão na carga RL toma a forma da tensão na metade do secundário ligada ao díodo condutor.

Rectificador monofásico de onda completa de díodos ou em ponte de Graetz

Nesta rectificação conduzem dois díodos em cada alternância. A tensão na carga toma a forma de onda da tensão da rede.

Rectificador trifásico em estrela (ou de meia-onda)

Nesta rectificação conduz um díodo de cada vez (durante 120º). O díodo condutor é aquele cuja tensão no ânodo é superior às restantes tensões da rede. A tensão na carga toma a forma de onda da tensão simples da rede. Esta rectificação apresenta menor ondulação que a monofásica.

Rectificador trifásico em ponte (ou de onda completa)

Nesta rectificação conduzem dois díodos de cada vez, um do conjunto superior (aquele cuja tensão no ânodo seja maior que as restantes) e um do conjunto inferior (aquele cuja tensão no cátodo seja inferior às restantes). A forma de onda da tensão na carga toma, em cada intervalo de condução, a forma de onda duma tensão composta da rede. A forma de onda da tensão na carga apresenta o dobro dos picos que na rectificação em estrela. A rectificação em ponte tem menos ondulação que a rectificação em estrela.

Rectificador de precisão

Para tensões de entrada muita pequenas (da ordem da tensão de condução do díodo) obtém-se com a rectificação um sinal bastante deformado, visto que o díodo (de silício) só se torna condutor a partir de 0,7 V. Com o auxílio de um amplificador operacional é possível fazer a rectificação de sinais muito fracos sem distorção, graças ao elevado ganho de tensão dos amplificadores. Existem rectificadores de meia-onda e de onda completa.

Rectificador de precisão de meia-onda

vi > 0 >>>> D1 OFF D2 ON v o = 0

vi < 0 >>>> D1 ON D2 OFF

Eletrônica Básica Aula05: Retificadores - Retificador de Onda Completa com Center Tap - Ponte Bibliografia: Microeletrônica - Vol.1 Sedra e Smith e Eletrônica Vol 1 - Malvino

Retificadores

Retificador de Onda Completa

Os circuitos retificadores de onda completa são mais eficientes que os de meia onda pois usam o semi ciclo negativo da tensão da rede. Existem dois tipos de retificadores de onda completa: Retificador com Center Tap e Retificador em Ponte.

Com Center Tap Para esse tipo de retificador, obrigatoriamente é preciso usar transformador com a tomada central (Tap) no secundario. No circuito da Fig01a, no semiciclo positivo conduz o diodo D1 e D2 está aberto. No semiciclo

negativo conduz D2 e D1 corta. A Fig01b mostra as formas de onda no secundário do transformador e na carga considerando que a tensão que alimenta o retificador é senoidal e de de valor de pico VP.

( a ) ( b )

Fig01: ( a ) Circuito do retificador de onda completa com center tap ( b ) Tensão de entrada

Se a entrada do retificador é alimentada por uma tensão senoidal Ve=VP.senwt então

A tensão média na carga é dada por

( 2 )

A tensão de pico inversa máxima que estará submetido cada diodo vale 2VM (VM é o valor de pico da tensão em cada metade do secundário)

Dimensionamento do diodo: PIV > 2.VM IO > IDC /2 (IDC é a corrente média na carga )

PIV= máxima tensão de pico inverso que pode suportar Io = máxima corrente média que o diodo suporta.

Funcionamento

As figuras a seguir mostram a condução no semiciclo positivo (vermelho) e negativo (Azul). No semiciclo positivo o diodo D1 conduz e o diodo D2 corta.

Fig02: Retificador de onda completa com center tap - condução no semiciclo positivo (vermelho)

No semiciclo negativo conduz o diodo D2 e corta o diodo D1, mas o sentido da corrente na carga não muda.

Fig03: Retificador de onda completa com center tap - condução no semiciclo negativo (azul)

Experiência 04 - Retificador de Onda Completa com Center Tap

1.Abra o arquivo Expeg04 Multisim2001 e identifique o circuito da Fig01a. Ative-o. Considerando a relação de espiras entre o secundário e o primário igual a 0,1 calcule a tensão média na carga usando a expressão ( 2 ).

Clique aqui para obter o arquivo MicroCap8

Fig03: Retificador de onda completa com Center Tap

VDC = ___________(Calculado ) VDC = ___________(Medido )

2. Conclusões:

Experiência 05 - Retificador de Onda Completa com Center Tap com Filtro

1. O que acontece com a tensão média na carga se for colocado um capacitor em paralelo com a carga ? A tensão aumenta. Para comprovar abra o arquivo ExpEG05 Multisim2001 e identifique o circuito da Fig03 a seguir. Ative-o anotando as formas de onda e o valor médio da tensão na carga.

Clique aqui para obter o arquivo MicroCap8

Fig04: Retificador de onda completa com Center Tap com Filtro capacitivo

C=10uF

VDC = ___________(Medido) ripple(estimado)=__________ ripple(medido)=__________

C=100uF

VDC = ___________(Medido) ripple(estimado)=__________ ripple(medido)=__________

2. Conclusões:

Retificador de Onda Completa em Ponte

Esse circuito não exige transformador com tomada central, requerendo porem 4 diodos.

( a ) ( b )

Fig05: Retificador de onda completa em ponte ( a ) circuito ( b ) tensão de entrada

A operação é como segue:

No semiciclo positivo (azul) da tensão de entrada, Ve, conduzem os diodos D1 e D4 enquanto os diodos D2 e D3 estão polarizados reversamente.É importante observar que existem dois diodos no caminho da corrente, portanto a tensão na saida (em RL) será Ve-1,4V, desta forma para tensões de entrada abaixo de 1,4V não há tensão na carga.

Fig06: Retificador de onda completa em ponte - Condução no semiciclo positivo

No semiciclo negativo (vermelho) conduzem D2 e D3 enquanto D1 e D4 estão cortados. Observe que a corrente na carga terá o mesmo sentido que anteriormente.

Fig07: Retificador de onda completa em ponte - Condução no semiciclo negativo

A máxima tensão de pico inversa que cada diodo deve suportar é aproximadamente -Vp, onde Vp é o valor de pico da tensão senoidal de entrada.

A figura a seguir mostra as formas de onda de entrada e na carga para uma tensão de entrada de 10V de pico. Observe a perda de tensão ao longo do caminho da corrente.

Fig08: Formas de onda da tensão de entrada e carga

A figura a seguir mostra uma animação indicando o sentido da corrente no circuito em cada semi-ciclo da tensão de entrada para diodo real.

Fig09: Animação mostrando o sentido da corrente em cada diodo para diodos reais

A figura a seguir mostra uma animação indicando o sentido da corrente no circuito em cada semi-ciclo da tensão de entrada para diodo ideal..

Fig10: Animação mostrando o sentido da corrente em cada diodo para diodos ideais

Experiência 06 - Retificador de Onda Completa em Ponte

1. Abra o arquivo ExpEG06a Multisim2001 e identifique o circuito da figura09. Ative-o. Anote a forma de onda na carga e meça o seu valor médio.

VDC(Calculado)=____________VDC(Medido)=____________

Clique aqui para obter o arquivo MicroCap8

Fig11: Retificador de onda completa em ponte com diodos

O retificador de onda completa em ponte existe na forma de componente encapsulado

2. Abra o arquivo ExpEG06b Multisim2001 e identifique o circuito da figura10. Ative-o. Anote a forma de onda na carga e meça o seu valor médio.

VDC(Calculado)=____________VDC(Medido)=____________

Fig10: Retificador de onda completa em ponte como componente

3. Conclusões: