Retificadores Monofásicos

Os retificadores monofásicos são usados para converter a tensão e a corrente de alimentação CA em CC, conforme necessário para alimentar equipamentos e dispositivos eletrônicos digitais. A energia elétrica padrão fornecida para residências e comércio é CA. No entanto, a maioria dos eletrônicos digitais é projetada para funcionar com energia CC. Retificadores são dispositivos que podem ser usados para transformar eletricidade CA em uma fonte CC compatível. Um retificador passa a corrente em apenas uma direção, transformando assim a entrada CA bipolar em uma saída retificada unipolar. Os circuitos retificadores usam um ou mais diodos para passar apenas energia CA positiva ou negativa, resultando em uma fonte pulsante, que é então filtrada para obter tensão e corrente CC suaves e consistentes. Este vídeo apresenta conceitos fundamentais de circuitos retificadores e diodos, demonstra vários circuitos retificadores comuns e testa a saída de tensão dos circuitos retificadores com variações na entrada de tensão e na configuração de carregamento.

Retificadores são dispositivos usados em circuitos eletrônicos para passar corrente em uma direção e bloqueá-la na outra direção. Os retificadores permitem a passagem de corrente somente quando uma tensão direta limite é ultrapassada. Os retificadores de diodo têm dois terminais, o ânodo e o cátodo, com a corrente fluindo do ânodo para o cátodo e bloqueada do cátodo para o ânodo. Os retificadores monofásicos de meia onda passam a tensão através de um único diodo. Neste circuito, apenas a metade positiva da tensão de entrada CA transmite para a saída através do resistor de carga. Se o diodo fosse invertido, apenas a metade negativa da tensão de entrada CA apareceria no resistor. A tensão para a metade negativa do ciclo CA está bloqueada. Com apenas uma polaridade, a tensão de saída RMS, ou raiz quadrada média, é reduzida em comparação com a tensão de entrada bipolar. Os retificadores de onda completa passam os dois semiciclos da tensão de entrada CA através de um circuito de ponte de quatro diodos, conforme mostrado. Invertendo a polaridade da metade negativa e produzindo uma tensão média de saída mais alta no resistor de carga. Os retificadores resultam em uma corrente unidirecional, mas pulsante, com o efeito mais aparente em retificadores de meia onda. No entanto, a saída do retificador é normalmente filtrada pela adição de um indutor em série com a resistência à carga. No retificador de onda completa, um capacitor montado em paralelo ao resistor de carga serve ao mesmo propósito. Este vídeo ilustra a operação do retificador monofásico de meia onda e onda completa com diferentes cargas de saída, características de desligamento do diodo e filtragem da tensão de saída CC usando diferentes circuitos.

Para esta demonstração de operação do retificador, duas fontes CA diferentes são usadas, alta frequência, entrada de um quilohertz, é produzida usando um gerador de função com saída senoidal de pico de 10 volts. A entrada de baixa frequência de 60 hertz é fornecida por uma variável. Não toque em nenhuma parte do circuito enquanto estiver energizado. Ao usar a fonte do gerador de funções, os circuitos são aterrados conforme mostrado. Não aterre o suprimento variac. Para configurar o gerador de funções para saída de alta frequência, conecte a ponta de prova diferencial a um canal de osciloscópio um e uma ponta de prova de 10x ao canal dois. Ajuste os fatores de escala para 20x na sonda diferencial e 10x na sonda 10x. Nos menus do canal de osciloscópio, defina ambas as sondas como 10x. Para a sonda diferencial, multiplique manualmente as medições por dois para atingir a saída desejada de 20x. Em seguida, conecte um cabo BNC ao jacaré à saída de 50 ohms do gerador de funções e conecte os clipes jacaré à sonda de osciloscópio 10x. Defina a saída para um pico de 10 volts e uma forma de onda senoidal de 1.000 hertz com deslocamento CC zero. Assim que o sinal for definido de acordo, desconecte o conector bnc e a sonda do osciloscópio, mas mantenha o gerador de funções ligado para manter suas configurações. Para configurar o variac para saída de baixa frequência, certifique-se de que o receptáculo de saída esteja desconectado e desligado com o botão zerado. Em seguida, ajuste lentamente o botão variac para cinco por cento da saída para atingir o pico de 10 volts.

Primeiro, teste o retificador de meia onda com uma tensão de entrada de alta frequência e uma carga resistiva. Construa o circuito conforme mostrado, usando um resistor de carga de 51 ohms e um diodo classificado para 50 volts e dois amperes. A polaridade do diodo é rotulada com um símbolo de traço na extremidade do cátodo. Antes de conectar a sonda diferencial ao circuito, conecte os terminais da sonda e ajuste a forma de onda para tensão de deslocamento zero. Em seguida, conecte a sonda de tensão diferencial através do resistor de carga para observar a tensão de saída e a sonda 10x no lado CA para observar a tensão de entrada. Em seguida, ajuste a base de tempo no osciloscópio para mostrar a tensão de entrada e saída para quatro ciclos de tensão de entrada. Desconecte o gerador de funções e remova a sonda diferencial do circuito antes de fazer qualquer modificação. Em seguida, teste o retificador de meia onda com entrada de alta frequência e uma carga indutiva resistiva. Reutilize o circuito, adicionando um indutor em série com o resistor, conforme mostrado. Conforme descrito anteriormente, conecte as sondas ao circuito e exiba as formas de onda de entrada e saída voltage. Desligue o gerador de funções, desconecte a sonda diferencial e remova o indutor do circuito. Por último, teste o retificador de meia onda com entrada de baixa frequência e uma carga resistiva. Conecte a sonda diferencial através do variac e ligue-a. Ajuste o variac para obter uma saída de pico de 10 volts e, em seguida, desligue o variac sem alterar sua configuração de tensão. Conecte a saída variac ao circuito resistivo, conforme mostrado. Em seguida, conecte a sonda de tensão diferencial através do resistor de carga para observar a tensão de saída. Ligue o variac. Não toque no circuito com a alimentação variac conectada e ligada. Conforme descrito anteriormente, exiba formas de onda de tensão de entrada e saída.

Primeiro, teste o retificador de onda completa com uma carga resistiva. Construa o circuito conforme mostrado e conecte as sondas e a saída variac ao circuito. Conforme descrito anteriormente, exiba as formas de onda da tensão de entrada e saída e meça as tensões de pico a pico. Mantendo as conexões da sonda, desligue o variac e conecte um capacitor eletrolítico em paralelo com a carga resistiva. Em seguida, observe a tensão de entrada e saída.

A primeira figura mostra quatro ciclos de uma tensão de alimentação CA e a saída de uma carga resistiva acoplada a um retificador de meia onda. Apenas o meio ciclo positivo da tensão CA de entrada passa pelo retificador de diodo. Se a tensão de entrada do circuito retificador de meia onda for senoidal, a saída de tensão média para um único diodo com carga resistiva é a tensão de pico de entrada dividida por pi. Quando um indutor é adicionado em série com o resistor de carga, a região de desligamento do diodo é atrasada. Esta combinação de indutor e resistor é um filtro passa-baixo. Quando o valor do indutor é suficientemente grande, o componente oscilatório da saída é bloqueado, deixando apenas o componente CC constante. Para um retificador de ponte completa, os meios ciclos positivos de entrada passam pelo circuito e os meios ciclos negativos são retificados para positivos. Adicionar um capacitor suficientemente grande filtra a maior parte da ondulação de tensão e fornece à carga uma tensão CC consistente.

Os retificadores de diodo estão na maioria das fontes de alimentação, carregadores, inversores de frequência variável e em muitos circuitos de proteção. Primeiro, os adaptadores de energia CA são usados para converter energia para máquinas fornecidas por CC ou para recarregar baterias CC contidas nos dispositivos. O adaptador pode ser tão simples quanto um circuito que consiste em um transformador para diminuir a tensão da fonte de alimentação de parede de 120 volts, um retificador de onda completa de ponte de quatro diodos e um capacitor para suavizar a tensão de saída CC. Os tiristores são retificadores controlados por silicone comumente usados em dimmers de luz, controladores de velocidade do motor e reguladores de tensão. Por design, o tiristor é para camadas alternadas de semicondutores do tipo P e N usados para criar um ânodo na extremidade do tipo P, um cátodo na extremidade do tipo N e um salto de porta conectado à camada do tipo P ao lado do cátodo. Acima de um limite de travamento, um pulso de corrente na porta muda o tiristor de desligado para ligado, permitindo o fluxo de corrente direta do ânodo para o cátodo. Isso retifica o fluxo de corrente em uma direção e regula a potência de saída com um mecanismo de comutação integrado.

Você acabou de assistir à introdução da JoVE aos retificadores monofásicos. Agora você deve entender como funcionam os retificadores monofásicos, os circuitos retificadores comuns e sua saída e algumas aplicações comuns de retificadores. Obrigado por assistir.