Circuitos Retificadores com Filtro Capacitivo

Introdução

Este relatório tem como tema “Circuitos Retificadores com Filtro Capacitivo”.

Segue, na Introdução Teórica, uma breve explicação sobre o princípio de

funcionamento dos capacitores, sua energia armazenada e filtros capacitivos, para uma melhor

introdução e explanação sobre retificadores de meia onda e de onda completa e seu princípio

de funcionamento.

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Circuitos Retificadores com Filtro Capacitivo

Introdução Teórica

Capacitores

Capacitores ou condensadores são elementos elétricos capazes de armazenar carga

elétrica e, conseqüentemente, energia potencial elétrica.

Podem ser esféricos, cilíndricos ou planos, constituindo-se de dois condutores

denominados armaduras que, ao serem eletrizados, num processo de indução total,

armazenam cargas elétricas de mesmo valor absoluto, porém de sinais contrários.

O capacitor tem inúmeras aplicações na eletrônica, podendo servir para armazenar

energia elétrica, carregando-se e descarregando-se muitas vezes por segundo. Na eletrônica,

para pequenas variações da diferença de potencial, o capacitor pode fornecer ou absorver

cargas elétricas, pode ainda gerar campos elétricos de diferentes intensidades ou muito

intensos em pequenos volumes.

Capacitância

A carga elétrica armazenada em um capacitor é diretamente proporcional à diferença

de potencial elétrico ao qual foi submetido.

Assim sendo, definimos capacidade eletrostática C de um capacitor como a razão

entre o valor absoluto da carga elétrica Q que foi movimentada de uma armadura para outra e

a ddp U nos seus terminais.

Essa carga elétrica corresponde à carga de sua armadura positiva.

 

Figura 1: Ilustração e fórmula da capacitância

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A capacidade eletrostática de um capacitor depende da forma e dimensões de suas

armaduras e do dielétrico (material isolante) entre as mesmas.

A unidade de capacidade eletrostática, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o

farad (F).

Energia Armazenada

O gráfico abaixo representa a carga elétrica Q de um capacitor em função da ddp U

nos seus terminais.

Como, nesse caso, Q e U são grandezas diretamente proporcionais, o gráfico

corresponde a uma função linear, pois a capacidade eletrostática C é constante.

Figura2: Carga elétrica em função da ddp.

Considerando que o capacitor tenha adquirido a carga Q quando submetido à ddp U

do gráfico, a energia elétrica Welétr armazenada no capacitor corresponde à área do triângulo

hachurado.

 

e como Q = C · U, então 

Figura 3: Fórmulas.

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Filtro Capacitivo

O filtro capacitivo tem a finalidade de eliminar a componente AC do circuito, tornando o

sinal ondulante.

Figura 4: Tensão retificada sem o uso do capacitor.

Figura 5: Tensão retificada com o uso do capacitor.

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Retificador de Meia Onda com Filtro Capacitivo

O circuito mostrado na figura apresenta o que chamamos de “filtragem” que, no caso,

consiste na eliminação de variações bruscas na tensão es(t) sobre a carga resistiva Rc graças

à presença do capacitor C que age como “amortecedor”.

Figura 6: Retificador de meia onda com filtro capacitivo.

Suponhamos que o capacitor esteja inicialmente descarregado. Ao chegar o primeiro

semiciclo positivo de eG(t), o diodo D conduz colocando C e R diretamente em contato com a

tensão eG(t), a menos de vd. Enquanto eG(t) estiver aumentando, o diodo estará conduzindo, a

corrente na resistência será (eG(t) – vd) / R e o capacitor vai se carregando até atingir a tensão

máxima (EG – vd).

Quando eG(t) atinge o máximo e começa a cair, a carga em C tenta voltar, o que é

impedido pelo imediato bloqueio do diodo. A carga do capacitor não tem alternativa senão

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escapar suave e exponencialmente através de R (figura 12), enquanto a tensão no outro lado

do diodo vai caindo até atingir o pico negativo de eG(t). Nesse instante, a tensão inversa sobre

o diodo é máxima, sendo igual à aproximadamente |–2EG|.

O diodo só volta a conduzir quando eG(t) iguala es(t) (ângulo q1) e o capacitor então se

carrega novamente ao máximo, até que ocorra novo bloqueio (ângulo q2). Conforme

observamos na figura 11, a corrente no diodo inicialmente atinge um valor bastante elevado

(surto inicial), uma vez que ao o ligarmos o circuito, o capacitor encontra-se descarregado e na

saída do circuito produz-se em conseqüência, um curto-circuito se desprezarmos a resistência

série equivalente do capacitor (ESR). A corrente fica limitada apenas pela resistência da fonte

de alimentação, Rs. Por isso, a citada resistência deve assumir um valor de compromisso entre

um mínimo, que mantém este pico de corrente abaixo do nível máximo permitido, e um máximo

que ainda satisfaça às exigências de regulação e rendimento do circuito.

Retificador de Onda Completa em Ponte com Filtro Capacitivo

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O valor médio da tensão de saída, calculado de forma análoga ao caso de retificador

de meia onda com filtro capacitivo, é:

Figura 7: Valor médio da tensão de saída.

Note que eG(t) é a tensão de saída em aberto do secundário do transformador (VPsec).

Figura 8: Valor médio da tensão de saída.

Objetivo

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Verificar experimentalmente o funcionamento de circuitos retificadores (de meia onda e

em ponte), observando a influência do capacitor no circuito.

Material Utilizado

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Um osciloscópio com dois canais (realizar medidas com acoplamento DC)

Um multímetro digital

Um transformador ( 120 V :8V )

Quatro diodos 1N4007

Um resistor de 1Ohm

Dois resistores de 100 Ohms e 1 Watt

Um capacitor eletrolítico de 100 uF e 20V

Um capacitor eletrolítico de 470 uF e 20V

Procedimento

1) Retificador de meia onda com capacitor de 100 µF.

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Monte o circuito retificador abaixo:

a) Meça o valor da tensão media na saída do retificador , ou seja, sobre a carga de 200

Ohms, com o multímetro na escala VDC.

b) Desenhe em papel milimetrado, as formas de onda dos canais 1 e 2 do osciloscópio de

forma sincronizada. Indique nos gráficos as escalas de tensão corrente e de tempo.

Não esqueça de inverter o sinal da forma de onda do canal 2 do osciloscópio que

representa a forma de onda da corrente no diodo.

c) Procure estimar o valor médio da tensão na carga utilizando a curva que você

desenhou (canal 1). Considere os trechos de curva aproximados por segmentos de

reta. Compare com o valor obtido na medida com o multímetro.

d) Qual o valor da corrente media na carga ?

e) Qual o valor da constante de tempo RC do circuito ?

f) Qual o valor do período T da forma de onda de entrada e de saída ?

g) Estime o valor da tensão de ondulação Vr da forma de onda do canal 1.

h) Calcule o valor da tensão de ondulação Vr pela expressão abaixo :

i. Vr = ( Vp. T ) / ( R.C )

i) Compare com o valor estimado acima. Se muito diferente, explique por quê.

j) Coloque o resistor de 1 Ohm em serie com o capacitor , ligado do capacitor para o

terminal de terra. A forma de onda obtida representa a corrente no capacitor. Desenhe

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esta forma de onda em uma folha de papel milimetrado, graduando os eixos de

corrente e de tempo.

k) A partir da forma de onda da tensão sobre a carga, desenhe a forma de onda da

corrente sobre a carga na mesma folha em que você desenhou a corrente sobre o

capacitor.

l) Some ponto a ponto as duas formas de onda de corrente (sobre a carga e sobre o

capacitor) e faça um novo gráfico na mesma folha sincronizado com as outras

correntes. Esta corrente representa a corrente sobre o diodo. Compare com a forma de

onda invertida medida no canal 2 do osciloscópio no item .2.

2) Retificador de meia onda com capacitor de 470 µF.

Substitua o capacitor de 100 µF por um de 470 µF e repita o procedimento do item

anterior.

3) Retificador em ponte com capacitor de 470 µF.

Monte o circuito retificador abaixo

Repita o mesmo procedimento anterior para o circuito retificador em ponte.

Bibliografia

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Circuitos Retificadores com Filtro Capacitivo

http://www.fisica-potierj.pro.br/poligrafos/capacitores.htmhttp://www.etrr.com.br/mecatronica/eletronica/07_fonte_alimentacao.pdfhttp://www.cefetsc.edu.br/~petry/Ensino/Desenho_Tecnico/Aula_03.pdfhttp://www.eletronica24h.com.br/cursoeletronica/cursoEN2/aulas/Aula005.htmhttp://www.lsi.usp.br/~roseli/www/psi2307_2004-Teoria-1-Retif.pdfhttp://www.novaeletronica.net/curso/cap20.htm

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