UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHO UFMA

CENTRO DE CICENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CCET

DEPARTAMENTO DE ENENHARIA DE ELETRICIDADE DEE

LABORATRIO DE APLICAES COM MICROCONTROLADORES

PROF. Dr. FRANCISCO SVIO MENDES SINFRNIO

ALUNO: RODRIGO DE MESQUITA CORRA

RELATRIO DE ATIVIDADE PRTICA

1 EXPERIMENTO

So Lus

2015

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHO UFMA

CENTRO DE CICENCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS CCET

DEPARTAMENTO DE ENENHARIA DE ELETRICIDADE DEE

LABORATRIO DE MATERIAIS ELTRICOS

PROF. Dr. FRANCISCO SVIO MENDES SINFRNIO

ALUNO: RODRIGO DE MESQUITA CORRA

RELATRIO DE ATIVIDADE PRTICA

1 EXPERIMENTO

So Lus

2015

Relatrio de atividade prtica referente ao

primeiro experimento realizado no

Laboratrio de Dispositivos Eltricas pela

disciplina laboratrio materiais eltricos

para a obteno de nota.

1 Fundamentao Terica

A aula prtica descrita nesse relatrio abordou assuntos baseados nos semicondutores de

juno PN (o diodo) aplicados a sistemas de retificao de sinais, sejam eles de meia onda ou

de onda completa.

1.1 O diodo de Juno PN

O diodo de juno PN um dispositivo que conduz corrente eltrica de acordo

com a sua polarizao. Se em polarizao direta, o diodo conduz corrente eltrica e se

em polarizao reversa, comporta-se como um circuito aberto.

A composio bsica de um diodo a partir de um material semicondutor

(normalmente o silcio ou o germnio) dopado. Por semicondutor, entende-se como

um material que tem um nvel de condutividade entre os extremos de um isolante e de

um condutor definido em [1]. A dopagem, por sua vez um processo que consiste em

acrescentar impurezas na estrutura cristalina de um semicondutor puro de modo a

aumentar seu numero de Buracos/Lacunas ou eltrons, conferindo ao semicondutor a

caracterstica de ser do tipo P ou do tipo N, respectivamente.

O diodo de juno PN o diodo em que so postos em contato direto dois

semicondutores tipo P e tipo N, formando assim a Juno PN. No momento que a

juno formada, os eltrons do material tipo N tendem a difundir para o lado P, bem

como as lacunas do lado P para o lado N.

Quando um eltron livre sai da regio n, a sua sada cria um tomo carregado

positivamente (um on positivo) na regio n. Logo aps penetrar a regio P, o eletron

preenche uma lacuna, que desaparece e torna o tomo associado carregado

negativamente. Cada vez que um eltron difunde-se atravs da juno, ele cria um par

de ons. medida que o nmero de ons aumenta a regio prxima juno fica

totalmente esgotada de eltrons livres ou lacunas. A regio criada na juno chama-se

camada de depleo. A intensidade da camada de depleo continua a aumentar com

cada eltron que atravessa a juno at que se atinja um equilbrio.

Se o diodo for polarizado diretamente, ou seja, com o terminal positivo de uma

fonte de tenso no lado P e o lado negativo no lado N, o diodo conduz corrente

eltrica, pois a camada de depleo diminuda. Caso contrrio, o fluxo de corrente

cortado.

1.2 Retificadores de meia onda

O circuito da Figura 1 representa um retificador monofsico de meia onda

alimentando uma carga resistiva. Trata-se de um diodo de juno PN ligado em srie

com uma carga, sendo ambos excitados por uma fonte AC.

D1

V(t)+ Carga -

Figura 1 - Retificador de Meia onda monofsico no-controlado

Como pode ser observado na Figura 2 o diodo bloqueia o semi ciclo negativo da

tenso alternada de alimentao fazendo com que apenas os semi ciclos positivos

sejam aplicados carga.

V(t)

Fonte

y=-sinx, x[0,2]

V(t)

Carga

Vp

Figura 2 - Formas de onda do Retificador de Meia Onda

O valor da tenso rms na carga pode ser obtido por:

= 1

2 ()

0 =

2

Onde Vp o valor de pico da tenso de entrada.

1.3 Retificador de onda completa em Ponte

O circuito apresentado no item anterior retifica a tenso de entrada

disponibilizando para a carga apenas o semi ciclo positivo da tenso de entrada. O

Retificador de onda completa, por sua vez, comporta-se como o mdulo do sinal de

entrada para uma carga resistiva. O semi ciclo negativo disponibilizado para a carga no

referencial de tenso positivo.

Existem dois tipos de retificadores de onda completa no controlados: o

retificador em ponte e o retificador a transformador com derivao central. O retificador

de onda completa em ponte foi o utilizado na aula pratica descrita no presente relatrio,

e portanto reter-se- a ele. A Figura 3 mostra a configurao de um retificador de onda

completa em ponte em suas etapas de operao.

y=-sinx, x[0,2]

D3

D2

D1

D4

V(t)+ Carga -

D3

D2

D1

D4

V(t)+ Carga -

D3

D2

D1

D4

V(t)+ Carga -

V(t)

t

y=-sinx, x[0,2]

i(t)

(D1 e D2)

y=-sinx, x[0,2]

i(t)

(D1 e D2)

V(t)

(Carga)

t

t

t

Figura 3 - Retificador de Onda completa em ponte com suas etapas de operao e formas de onda

No semi ciclo positivo da tenso de entrada, os diodos D1 e D2 conduzem,

enquanto D3 e D4 esto cortados. No semi ciclo negativo os diodos D3 e D4 conduzem

enquanto os demais esto cortados. Note que, mesmo no semi ciclo negativo da tenso

de entrada, a corrente flui no mesmo sentido pela carga, estabelecendo apenas tenses

positivas.

O valor rms da tenso na carga igual a:

= 1

2 ()

2

0 =

2

1.4 Retificador de onda completa em Ponte com Filtro Capacitivo

D3

D2

D1

D4

V(t)

CargaFiltro C

Figura 4 - Retificador de onda completa no controlado com filtro capacitivo

O retificador de onda completa em ponte com filtro capacitivo segue o mesmo

arranjo do descrito no item anterior, com exceo da presena de um filtro capacitivo

em paralelo com a carga. Esse filtro atenua a tenso de sada da ponte, fazendo com

que a mesma esteja cada vez mais prxima de uma reta, conforme mostrado em

Figura 5.

rippleV(t)

(Carga)

Carga do

CapacitorDescarga do

capacitor

t

Figura 5 - Formas de onda do Retificador de Onda Completa com Filtro Capacitivo

Essa atenuao ocorre por conta da carga e descarga do capacitor. Por melhor

que seja dimensionado o filtro C, ainda haver oscilaes ao longo da tenso da carga.

Essa diferena entre o valor mximo e o mnimo se chama ripple. O valor mdio cc na

carga definido por:

=

2

2 Objetivos

Dentre os objetivos desta aula prtica esto:

Conhecer o funcionamento de um osciloscpio;

Descrever a montagem dos circuitos retificadores de meia-onda, de onda completa, de

onda completa em ponte e de onda completa em ponte com filtro capacitivo;

Mostrar a influncia do filtro capacitivo e da atuao dos diodos da ponte para

retificao;

Comprovar a correspondncia dos modelos tericos estudados com a prtica.

3 Material Utilizado

01 transformador Phywe

110/220VAC - 12VAC;

01 placas protoboard PEKCarist

(35500.10)

04 diodos 1N4007;

01 capacitor 10 pF (500 V);

01 capacitor 10 nF (500 V);

01 capacitor eletroltico 10 F (70 V);

01 capacitor eletroltico 50 F (70 V);

01 capacitor eletroltico 500 F (70

V);

02 resistor 470 (1W);

01 multmetro digital;

01 osciloscpio digital 100 MHz

(1GS.s-1);

02 cabos conectores 45 cm (plug 4

mm, 32 A);

18 cabos conectores 15 cm (plug 4

mm, 32 A);

01 cabos 20 cm (plug 19 mm);

4 Esquemas e Procedimentos

Neste tpico, ser apresentado o roteiro da aula pratica realizado para o cumprimento

dos objetivos propostos pela mesma.

4.1 Calibrao

A primeira etapa dessa atividade foi o conhecimento dos equipamentos

disponveis para a excitao do circuito (Um transformador monofsico de 220V para

6/12V) e para a medio (um multmetro digital e um osciloscpio para a verificao das

formas de onda).

Antes da passagem para a etapa seguinte, calibrou-se o osciloscpio com o

auxlio da geradora de onda quadrada interno ao prprio osciloscpio. A calibrao

consiste em fazer com que o valor medido e apresentado no display do osciloscpio

possam ser lidos corretamente.

4.2 Montagem de um retificador de Meia onda

Passada a etapa de calibrao dos equipamentos,

partimos para a montagem do primeiro circuito, que se

tratava de um retificador de meia onda. O circuito foi

montado no proto-board com a interconexo dos elementos

feitas partir de conectores banana. A alimentao do

circuito era de 6,364Vrms. A imagem do circuito montado

pode ser vista na Figura 6.

Diodo

Resistor

Sada para

osciloscpio

Figura 6 - Retificador de meia onda montado

4.3 Montagem de um retificador de onda completa

Aps a montagem e experimentao do

circuito do item anterior, montou-se o circuito

retificador de onda completa em ponte e sem filtro.

Tambm utilizou-se o protoboard como suporte e os

cabos com conectores banana para a interconexo

dos dispositivos. A alimentao do circuito era de

6,364Vrms. A imagem do circuito pode ser observada

na Figura 7.

4.4 Montagem do retificador de onda completa com Filtro

Por fim, montou-se o circuito retificador em

ponte com filtro capacitivo. Para observar o efeito

da atenuao do filtro, colocaram-se diversos

valores de capacitores como capacitores de filtro. A

Figura 8 mostra o circuito montado com o filtro

capacitivo de 10pF. A alimentao do circuito, para

todos os valores de filtro, era de 6,364Vrms.

5 Dados Obtidos e Resultados

A seguir sero apresentados os resultados obtidos nos circuitos apresentados nos itens

anteriores

5.1 Efeitos observados no Retificador de meia onda

Com o auxlio do osciloscpio devidamente calibrado, pudemos observar o

efeito de um diodo colocado em srie com uma carga sendo excitados por uma fonte

alternada. A Figura 9 mostra a forma de onda da tenso na carga. O osciloscpio foi

calibrado para 5V/diviso. A alimentao do circuito

era de 6,364Vrms / 9Vp . Assim, podemos observar que

o valor de pico da tenso da carga era de 8V.

Esperava-se uma tenso de 8,3V, considerando a

queda de 0,7V no diodo. Entretanto, no

conseguimos obter uma preciso de leitura de 0,3V.

Ainda assim, o efeito do retificador pode ser

Po

nte

Re

tifi

ca

do

ra

Carga

Resistiva

Sada para o

Osciloscpio

Figura 7 - Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte montado

Po

nte

Reti

ficad

ora

Carga

Resistiva

Capacitor

de Filtro

Figura 8 - Circuito Retificador de Onda Completa em ponte com Filtro Capacitivo

Figura 9 - Forma de onda de tenso na carga do circuito retificador de meia onda

observado coerentemente em relao ao esperado teoricamente. Conforme

apresentado no item Retificadores de meia onda, temos que o valor RMS dessa forma

de onda na carga de 4V, considerando o valor de pico de 8V.

5.2 Efeitos observados no retificador de onda completa em ponte

Na Figura 10, observamos a forma de da tenso

de sada sobre uma carga resistiva de um circuito

retificador de onda completa. Aqui, algumas

consideraes merecem ser feitas. Para auxiliar nessas

consideraes e para atestar os efeitos, foi feita uma

simulao em ambiente MATLA/SIMULINK do mesmo

circuito com os mesmos valores de tenso. O

osciloscpio ainda continua com sua calibrao de

tenso para 5 V/diviso. Na Figura 10, pode-se observar

que a tenso de pico na carga 1,4V menor do que a

tenso de entrada. Na Figura 11 esse efeito pode ser

claramente observado na marcao 1. Essa diferena

de amplitude se deve ao fato de que dois diodos, cuja

queda de tenso 0,7V conduzem simultaneamente.

Outra questo interessante que foi observada na

Figura 10 a presena de um tempo morto entre os

dois ciclos da onda. Para justificar esse tempo morto,

representado na Figura 11 pela marcao 3,

recorremos ao principio de funcionamento do diodo: ele s conduz quando a tenso

em seus terminais maior que 0,7V. Conforme pode ser visto na marcao 2, a tenso

da fonte no excede 1,4V no intervalo do tempo morto, o que justifica a sua

presena.

Por fim, como j era de se esperar, o valor da frequncia da tenso de sada da

fonte o dobro do da de entrada. Como o ciclo negativo foi rebatido para cima, o

perodo agora foi reduzido pela metade, o que dobra a frequncia.

Figura 10 - Forma de onda da tenso na carga do circuito retificador em ponte

1

23

Figura 11 - Formas de onda em simulao

5.3 Efeitos observados no retificador de onda completa em ponte com filtro

Figura 12 - Formas de onda do circuito retificador de onda completa com filtro de: a)10nF, c)10uF d)50uF e 500uF

Nas figuras acima, pudemos ver os efeitos dos diversos valores de capacitores

de filtro. Antes de colocarmos o filtro o capacitor de 10nF, colocou-se um de 10pF. A

imagem da forma de onda com esse capacitor se assemelha com a forma da onda da

Figura 10, ou seja, este no produziu nenhum efeito visivel na tenso de sada.

Em seguida, colocamos o capacior de 10nF. Note na Figura 12a que o tempo

morto descrito no item anterior apresenta reduo, j devido ao efeito do filtro. Com o

capacitor de 10uF, a forma de onda j visivelmente atenuada, e mais atenuada ainda

com o capacitor de 50uF, conforme visto nas Figuras 12b e 12c respectivamente. Em

12d, a forma de onda j se assemelha com uma reta.O capacitor nesse filtro to

grande que j no se consegue mais observar os ripples na tenso de sada. Na ultima

figura podemos observar que o valor CC do sinal de saida ficou em torno de 8V.

5.4 Observaes Adicionais

Pode-se observar tambm os efeitos dos rudos do ambiente, causados por

radio frequncia, por exemplo. Esses efeitos pode ser observado na Figura 10, por

exemplo, ao vermos que as proximidades dos valores de pico temos uma forma mais

parecida com uma reta, o que difere da forma tpica de uma senide retificada.

A)

B)

C)

D)

6 Concluso

7 Bibliografia

[1] Boylestard

[2] Ivo Barbi - Retifica