Eletrônica - Parte 1
Diodos Retificadores
São componentes semicodutores com dois terminais, anodo (A) e catodo (K). No interior de diodos retificadores existe uma estrutura de silício cristalino de alta pureza. Sendo duas camadas semicondutoras; uma tipo "N" negativa e outra tipo "P" positiva.
Com relação ao comportamento de diodos retificadores, sua função é permitir a passagem de corrente elétrica (positiva) apenas de anodo para catodo; e bloquear a passagem de corrente de catodo para anodo.
O símbolo e a aparência física de um diodo retificador são apresentados a seguir.
Os diodos retificadores permitem a passagem de corrente elétrica (positiva) de anodo para catodo (polarização direta); na verdade os elétrons saem do catodo (material "tipo N) em direção ao anodo. Entretanto, há necessidade de aplicação de tensão mínima para vencer a barreira de potencial que há entre as camadas de semicondutores "N" e "P".
Curvas Características de Diodos Retificadores
A relação entre as correntes em um diodo e as tensões aplicadas em polarização direta (anodo para catodo) podem ser modeladas matematicamente pela Equação de Schockley. Esta equação é exponencial, conta com parâmentros de tensão térmica, fator de idealidade. Assim modelando a relação entre tensão e corrente; curva VxI do componente eletrônico.
Foram feitas medições de tensões e correntes para alguns modelos de diodos retificadores. A seguir são mostrados os gráficos referentes ao modelo 1N5402; diodo de 3A.
Também foram testados diodos retificadores: de germânio, de silício e de barreira Schottky. Nestes experimentos foi utilizado o amplificador operacional de precisão OPA345UA para obter resultados em correntes muitos baixas nos diodos. Os gráficos resultantes destes experimentos podem ser vistos no link aqui. E a planilha com valores originais aqui.
Circuitos Retificadores Monofásicos
Circuitos retificadores são necessários para transformar corrente alternada em corrente contínua.
A seguir é apresentado um circuito retificador de meia onda. Em geral, são utilizados circuitos retificadores de onda completa nas placas eletrônicas, e não retificadores de meia onda.
A função do transformador abaixador (T1) é justamente abaixar o valor de tensão elétrica. De forma que a tensão no enrolamento secundário é menor que a tensão da rede elétrica de 220 volts (ou 127 volts em algumas cidades).
A seguir são apresentadas as formas de onda de tensões: (Vinput) tensão fornecida pelo transformador e (Voutput) tensão sobre o resistor R1.
No gráfico anterior, na forma de onda Vinput, o valor eficaz ("true RMS, root means square") é 12,0 volts, e o valor de pico é aproximadamente 17,0 volts.
Circuitos Retificadores de Onda Completa Monofásicos com Capacitor Filtro
Os circuitos retificadores de onda completa são mais eficazes do que os retificadores de meia onda. A retificação de onda completa aproveita os semiciclos positivos e negativos da onda.
A inclusão de capacitores em circuitos retificadores proporciona acúmulo de carga elétrica e a onda de tensão de saída do circuito ("fonte retificadora") será mais próxima a tensão contínua. Assim a ondulação de tensão "ripple", que é de 100% sem capacitor, torna-se menor quanto maior for o valor de capacitância do capacitor filtro.
A seguir é apresentado o diagrama do retificador de onda completa com transformador com derivação central com capacitor filtro. É um circuito retificador com dois diodos.
A seguir é apresentado o circuito retificador monofásico com ponte de quatro diodos com capacitor filtro. No qual o transformador precisará ter apenas dois fios no secundário; sem derivação central.
A seguir é apresentado o diagrama do circuito retificador para fontes simétricas. É necessário transformador com derivação central (três fios no secundário). A referência é considerada "zero volt" e assim se pode considerar que haverá tensão positiva, tensão zero e tensão negativa nesse tipo de circuito.
A seguir é apresentada uma figura com formas de ondas de tensões de circuito retificador de onda completa sem capacitor.
A seguir é apresentada uma figura com formas de ondas de tensões de circuito retificador de onda completa com capacitor.
Tensão de pico é proporcional à tensão eficaz de uma onda senoidal. Veja a fórmula a seguir:
A descarga de um circuito composto por resistor e capacitor, circuito RC, apresenta uma característica chamada "constante de tempo de descarga". A fórmula a seguir apresenta a constante de tempo "tau" (letra grega) em segundos (ou fração de segundo), sendo a resistência em ohms e a capacitância em farad.
O período de ciclo da tensão da rede elétrica é dado pela fórmula a seguir. Onde "f" é a frequência da rede elétrica, em hertz (Hz).
A tensão de ondulação, ou tensão de "ripple", é dada através da fórmula a seguir:
A queda de tensão de junções PN de diodos retificadores não realmente constante, porém considera-se o valor 0,7 volt para fins de calcular os parâmetros de circuitos eletrônicos retificadores.
Para o circuito retificador de onda completa com dois diodos, a tensão média será calculada (modelo matemático) através da fórmula a seguir. Note que a queda de tensão considerada no circuito com dois diodos será de 0,7 volt.
Para o circuito retificador de onda completa com quatro diodos, a queda de tensão será considerada duas vezes 0,7 volt, ou seja, queda de 1,4 volts. Isso porque as correntes passam por dois diodos (de cada vez) no processo de retificação nesse caso.
