Aula 11 - Princípio de funcionamento do LED - Diodo Emissor de Luz

O LED é um componente eletrônico semicondutor (LED = Light emitter diode ) que tem a propriedade de transformar energia elétrica em luz. Tal transformação é diferente da encontrada nas lâmpadas convencionais que utilizam filamentos metálicos, radiação ultravioleta e descarga de gases, dentre outras. Nos LEDs, a transformação de energia elétrica em luz é feita na matéria, sendo, por isso, chamada de estado sólido ( Solid State ). O LED é um componente do tipo bipolar, ou seja, tem um terminal chamado anodo e outro, chamado catodo. Dependendo de como for polarizado, permite ou não a passagem de corrente elétrica e, consequentemente, a geração ou não de luz.

A parte mais importante de um LED é o chip semicondutor responsável pela geração de luz. Este chip tem dimensões muito reduzidas, como pode ser verificado na figura, onde apresentamos um LED convencional e seus componentes.

O LED de potência, em que podemos observar a maior complexidade nos componentes, a fim de garantir uma melhor performance em aplicações que exigem maior confiabilidade e eficiência.

LED de Potência

A invenção do LED foi realizada por Nick Holonyac em 1963, somente na cor vermelha, com baixa intensidade luminosa ( 1 mcd ). Por muito tempo, o LED era utilizado somente para indicação de estado, ou seja, em rádios, televisores e outros equipamentos, sinalizando se o aparelho estava ligado ou não.

O LED de cor amarela foi introduzido no final dos anos 60. Somente por volta de 1975 surgiu o primeiro LED verde – com comprimento de onda ao redor de 550 nm, o que é muito próximo do comprimento de onda do amarelo, porém com intensidade um pouco maior, da ordem de algumas dezenas de milicandelas.

Liberação de energia no LED

Os diodos emissores de luz são formados por dois diferentes materiais semicondutores. Quando os elétrons se movem através do LED estão se movendo dos átomos de um dos materiais para os átomos do outro. À medida que passam através da junção para uma órbita mais baixa, acontece uma liberação de energia na forma de fótons (luz).

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2019

EX 10.3 - Regulador de tensão por Zener com transistor em paralelo

A exemplo do regulador série, o transistor atua como elemento de controle e o zener como elemento de referência. Como a carga fica em paralelo com o transistor, daí a denominação regulador paralelo, cujo circuito é mostrado na figura ao lado.

A análise do seu funcionamento segue basicamente os mesmos princípios do regulador série, no que diz respeito aos parâmetros do transistor e do diodo zener.

Funcionamento

• VZ = VCB; como VZ é constante, VCB será constante.
• VCE = VCB + VBE; mas VCB >> VBE; logo: VCE = VCB, onde VCE = VZ

Ao variar a tensão de entrada dentro de certos limites, como VZ é fixa, variará VBE variando a corrente IB e consequentemente IC. Em outras palavras, variando-se a tensão de entrada ocorrerá uma atuação na corrente de base a qual controla a corrente de coletor. Neste caso, VCE tende a permanecer constante desde que IZ não assuma valores menores que IZ (Min) e maiores que IZ (Max). Os parâmetros para o projeto de em regulador paralelo são essencialmente: VIN, VL e IL (Max).

Tensão de entrada máxima: Na pior condição: RL => infinito (sem carga) . IL = 0;

• VIN (Max) = R1 x ( IL (Max) + IC (Max)) + VZ + VBE. 
• Então: (VIN (Max) - VZ - VBE) / R1 = IZ (Max) + IC (Max) ( I ).

Tensão de entrada mínima: 

• VIN (Min) = R1 x (IZ (Min) + IC (Mim) + IL (Max)) + VZ + VBE. 
• Então: (VIN (Min) - VZ - VBE) / R1 = IZ (Min) + IC (Min) + IL (Max) ( II ).

Dividindo ( I ) e ( II ), temos:

• (IZ(Max) + IC(Max)) / (IZ(Min) + IC(Min) + IL(MAX)) = (VIN(Max) - VZ - VBE) / (VIN (Min) - VZ - VBE). 
• Isolando IZ (Max): IZ (Max) = ( VIN (Max) - VZ - VBE / VIN (Min) - VZ - VBE) x ( IZ (Min) + IC (Min) +  IL (Max) + IC (Max) ( III ).

OBS: IC (Min) é a corrente de coletor para uma tensão de entrada mínima. Em muitos projetos a mesma pode ser desprezada por não ter influência significativa no resultado final. 

Calculando agora a corrente em R2: 

• I (R2) = IZ (Mim) - IB (Mim), Onde: IB (Min) = IC (Mim) / hfe.
• Portanto: IR2 = IZ (Min) - ( IC(MIN) / hfe) ( IV )

Quando a tensão de entrada for máxima e a carga estiver aberta (pior condição), um acréscimo de corrente circulará pelo diodo zener. Como VBE é praticamente constante, essa corrente circulará pela base do transistor, daí então teremos:

• IC (Max) = hfe x IB (Max);
• IB (Max) = IZ (Max) - IR2;
• Então: IC(MAX) = hfe x (IZ (Max) - IR2) ( V )

Substituindo ( V ) em ( III ), temos:

• IZ (Max) = [( (VIN (Max) - VZ - VBE) /  ( VIN (Min) - VZ - VBE )) x  ( IZ (Min) + IC (Min) + IL (Max) - hfe x (IZ (Max) - IR2] x (1 / hfe+1 )

Para escolha do transistor, deverão ser observados os parâmetros:

• VCEO > (VZ + VBE);
•  IC (Max) > IL (Max);
• PC (Max) > (VZ + VBE) . IC (Max)

Para escolha do diodo zener, o  parâmetros são idênticos aos adotados no regulador série.

Projetar um regulador paralelo , com as seguintes características: 

• VL = 15V;
• IC (Max) = 600mA
• VIN = 22V  (±)  10%

O transistor deverá ter as seguintes características:

• VCEO > (VCE + VBE) 
• Ic (Max) > IL(Max)
• PC (Max) > (VZ + VBE) . IC(Max)

Adotaremos o transistor 2N3534, que tem as características:

• VCEO = 35V
• IC (Max) = 3A 
• PC (Max) = 35W
• hfe: mínimo = 40 e máximo = 120.

O diodo zener escolhido foi o BZXC1C15, que tem as características:

• PZ(MAX) = 1,3W
• VZ = 15V
• IZ(MAX) = 86,67 mA
• IZ(MIN) = 20 mA

Verificando se o diodo zener escolhido pode ser utilizado:

• IZ (Max) = [( ( (VIN (Max) - VZ - VBE) / VIN (Min) - VZ - VBE) x ( IZ (Min) + IC (Min) +  IL (Max)) + IC (Max)] x (1 / hfe+1 ).
•  IZ (Max) = [ (24,2 - 15 - 0,70) / (19,8 - 15 - 0,7) x ( 0,020 + 0 + 0,600 + 0,800) ] x 1/41
•  IZ (Max) = [(8,5 / 4,1) x ( 1,420)] x 0,0244
•  IZ (Max) = 2,073 x 1,42 x 0,0244 = 0,071 A 

Como IZ(Max) calculado = 71,83mA é menor que IZ do zener, este diodo escolhido é compatível.

Calculando IC(Max):

• IC(Max) = hfe . (IZ(Max) - IR2) IC(Max) = 40 . (71,83mA - 20mA) => 40 . 51,83mA = 2,073A
• IC(Max) = 2,073A (o transistor é compatível quando a IC(MAX))

Calculando PC(Max):

• PC(Max) = (VZ + VBE) . IC(Max) = 15,07 . 2,073 = 31,24W;
• PC(Max) = 31,24W

O transistor escolhido atenderá as necessidades do projeto quanto a dissipação de potência, por estar abaixo da potência máxima especificada pelo fabricante. Torna-se necessário entretanto o uso de um dissipador adequado para evitar sobreaquecimento do transistor.

Calculando R2: como VR2 = R2.IR2 => VR2 = VBE; então;

• R2 = VBE / 20mA => 0,7V/20mA => 35 Ohms;

Potência dissipada por R2:

• PR2 = VR2 x VR2 / R2 => 0,7 x 0,7 / 35 = 0,49/35 => 14mW.

Calculando R1:

• R1 (max) = (VIN(Min) - VZ - VBE)/ (IZ(Min) + IC(Min) + IL(Max) => ( 19,8V - 15V - 0,7V)/20mA+ 600mA => 4,1V/ 620mA =  6,613 Ohms.

OBS: IC(Mim) = 0

• R1 (min) = VIN(Max) - VZ - VBE / IZ(Max) + IC(Max) => 24,2V - 15V - 0,7V / 86,67mA + 2,073A => 8,5V /2,16 => 3,94 Ohms.

Logo: R1 deverá ser maior do que 3,94 Ohms e menor do que 6,61 Ohms: 3,94 < R < 6,61

• R1 adotado = 5,6 Ohms (valor comercial)

Potência dissipada por R1:

• PR1 = VR1 x VR1 / R1 => (VIN(Max) - VZ - VBE) x (VIN(Max) - VZ - VBE) / 5,6 => (24,2V - 15V - 0,7V) x  (24,2V - 15V - 0,7V) / 5,6 => 8,5Vx8,5 / 5,6 = 12,9W.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 02/03/2021 

EX 10.2 - Regulador de tensão por Zener com transistor em série

Na figura 1 apresentamos um circuito extremamente simples de uma fonte de tensão regulada por diodo zener.

Dependendo do transistor usado podemos obter correntes de até alguns ampères de saída.

Observamos que o diodo zener deve ter uma tensão de 0,6 V a mais do que a tensão desejada na saída, já que existe uma queda de tensão dessa ordem na junção base-emissor do transistor.

A potência dissipada pelo transistor, que deve ser montado num bom radiador de calor será dada pelo produto da diferença entre a tensão de entrada e saída, pela corrente drenada pela carga.

A dissipação do diodo zener é função do ganho do transistor, devendo ser determinada a corrente nesse componente e multiplicada pela sua tensão.

Aplicações típicas desta fonte estão na alimentação de pequenos dispositivos de baixas tensões (entre 3 e 12 V) que precisem de correntes até 1 A aproximadamente.

Cálculo do resistor de polarização do diodo zener com transistor em série.

O primeiro passo é determinar a corrente máxima suportada pelo zener em função da potência que ele suporta: Zener 1N5531 - 10V / 0,4 W.

• Iz max = Pz / Vz = 0,4 / 10 = 0,040 (A).

Onde Iz max é a corrente máxima suportada pelo zener, Vz é a tensão do zener fornecida pelo fabricante e Pz é a potência suportada pelo zener, também fornecida pelo fabricante.

Em seguida calculamos a corrente mínima suportada pelo zener:

• Iz min = 10% de Iz max = 0,1 x 0,040 = 0,004 (A).

No próximo passo é determinar o transistor a ser utilizado em função da corrente máxima da carga. No caso iremos trabalhar com uma carga de 25 Ω, e tensão de no máximo 9,3 V. Para esta aplicação podemos utilizar o transistor BD137. 

Cálculo da corrente de saída: Is = Ie:

• Ie max = Vs / Rl = 9,3 / 25 = 0,372 (A).

Agora iremos calcular a corrente de base do transistor BD137, que tem um ganho de corrente de 40 a 250, para o cálculo iremos adotar hfe igual a 100. Podemos admitir Ic+Ib igual a Ie. Cálculo da corrente de base Ib:

• Ib = Ic / (hfe+1) = 0,372 / 101 = 0,003683 (A) = 3,68 (mA).

Agora iremos calcular a potência do transistor. A tensão Vce será a diferença entre a tensão de entrada e saída

• P = Ic x Vce = 0,368 x 5,7 = 2,10 (W).

Para calcular o resistor de polarização do Zener e da base do transistor são utilizadas as seguintes fórmulas, admitindo uma tensão de entrada de 15V com variação de 4% carga  fixa de 25 ohms com Ib max = 0,003680 (A) . 

• Rz max = (Vs min - Vz) / (Iz min + Il max) = (14,4 - 10) / (0,00400 + 0,003683) = 4,4/0,007683 = 572,7 Ω.

• Rz min = (Vs max - Vz)/(Iz max + Il min ) = (15,6 - 10) / (0,040000 + 0,003683) = 5,6/0,043683 = 128,2 Ω.

Onde, Vsaída é a tensão da fonte, Vz é a tensão do zener, Iz max é a corrente máxima suportada pelo zener, Rz min é a resistência mínima, Iz min é a corrente mínima no zener, Rz max é a resistência máxima e finalmente Rs é a resistência do resistor utilizado em série com o zener.

Agora calculamos o valor e potência de Rs: 

• Rs = (Rz max + Rz min) / 2 = (572,7 + 128,2) / 2 = 700,9 /2 = 350,45 Ω.
• P = (Vs max - Vz) x ( Iz max + Ib max ) =  (15,6 - 10) x (0,040000 + 0,003683) = 5,6 x 0,04383 = 0,25 W.

Escolhemos o valor comercial do resistor para que trabalhe frio (Potência nominal 3 vezes maior que potencia de trabalho) irei utilizar um resistor com valor de R = 360 Ω / 1W.

O relatório da atividade prática resolvido pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: 24_08_02 Zener - Regulador Zener com transistor série.

Há também um formulário com a sequência completa de fontes de alimentação com reguladores Zener disponível em: 24_09_01 Formulário Retificadores e reguladores.

O resumo do cálculo do resistor para regulador série com transistor está disponível em: 24_08_02 Cálculo de para regulador série com transistor. 

Há também calculadoras online como esta da Fox_Calculators_Electronic .

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 14/02/2024.

EX 10.1 - Regulador de tensão por Zener com resistor de derivação

O comportamento do diodo Zener na região de ruptura permite a montagem de circuitos reguladores de tensão, a partir de fontes que forneçam tensões onduladas, incluindo situações em que a carga apresente um consumo variável.  Um diagrama representativo de um circuito regulador de tensão a diodo Zener na saída de uma fonte de alimentação é ilustrado na figura 01. 

Para que o diodo Zener opere adequadamente como regulador de tensão é necessário introduzir um resistor que limite a corrente inversa através do diodo a um nível inferior ao valor máximo especificado pelo fabricante, conforme indicado na figura. Como pode ser aí observado, o diodo deve ser conectado em paralelo com a carga, que fica assim submetida à mesma tensão existente entre os terminais do Zener.  

Cálculo do resistor de polarização do diodo zener.

O primeiro passo é determinar a corrente máxima suportada pelo zener em função da potência que ele suporta: Zener 1N4739 - 9V / 1 W.

• Iz max = Pz / Vz =  1 / 9 = 0,111 (A).

Onde Iz max é a corrente máxima suportada pelo zener, Vz é a tensão do zener fornecida pelo fabricante e Pz é a potência suportada pelo zener, também fornecida pelo fabricante.

Em seguida calculamos a corrente mínima suportada pelo zener:

• Iz min = 10% de Iz max = 0,1 x 0,111 = 0,011 (A).

Para determinar o valor deste resistor são utilizadas as seguintes fórmulas, admitindo uma tensão de entrada de 15V com variação de 4% carga  fixa de 100 ohms (IL max = 0,100 (A) . 

Onde, Vcc é a tensão da fonte, Vz é a tensão do zener, Iz max é a corrente máxima suportada pelo zener, Rz min é a resistência mínima, Iz min é a corrente mínima no zener, Rz max é a resistência máxima e finalmente Rs é a resistência do resistor utilizado em série com o zener.

• Rz max = (Vs min - Vz) / (Iz min + Il max) = (14,4 - 10) / (0,011 + 0,100) = 4,4/0,111 = 39,6 Ω.

• Rz min = (Vs max - Vz)/(Iz max + Il min ) = (15,6 - 10) / (0,111 + 0,100) = 5,6 / 0,211 = 26,5 Ω.

Agora calculamos o valor e potência de Rs: 

• Rs = (Rz max + Rz min) / 2 = (39,6 + 26,2) / 2 = 179 /2 = 33,02 Ω.
• P = (Vs max - Vz) x ( Iz max + Il max ) =  (15,6 - 10) x (0,111 + 0,100) = 5,6 x 0,211 = 1,18 W.

Escolhemos o valor comercial do resistor para que trabalhe frio (Potência nominal 3 vezes maior que potencia de trabalho) irei utilizar um resistor com valor de R = 33 Ω / 3W.

O relatório da atividade prática resolvido pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: 24_08_01 Zener - Regulador Zener com resistor de derivação. 

O resumo do cálculo do Resistor Série está disponível em: 24_08_01 Cálculo de resistor série. Há também calculadoras online como esta da Fox_Calculators_Electronic .

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 14/02/2024.

Aula 10 - Diodos Zener

Os diodos Zener são uma forma modificada de diodo de silício PN amplamente usada para regulação de tensão. O silício tipo P e tipo N usado é dopado mais fortemente do que um diodo PN padrão. Isso resulta em uma camada de junção relativamente fina e, consequentemente, uma tensão de ruptura reversa que pode ser muito menor do que em um diodo convencional. 

A tensão de ruptura real é controlada durante a fabricação ajustando a quantidade de dopagem usada. As tensões de ruptura podem ser selecionadas dessa forma para ocorrer em valores predefinidos precisos em qualquer lugar entre cerca de 3 V e 300 V. Os diodos Zener também podem suportar um fluxo de corrente reversa maior do que os diodos PN comparáveis ​​e estão disponíveis com várias classificações de potência, normalmente de 500 mW a 50 W.

Quando os diodos Zener são polarizados em sua direção direta, com a tensão do ânodo mais alta que a do cátodo, eles se comportam da mesma forma que um diodo de silício normal. Quando são polarizados reversamente, eles exibem uma resistência muito alta e, consequentemente, um baixo valor de corrente de fuga reversa. No entanto, quando uma polarização reversa atinge o valor da tensão de ruptura reversa do diodo (a tensão Zener), ocorre uma queda rápida na resistência e aumento na corrente. Para evitar que essa corrente aumente para um valor que exceda a classificação de potência do diodo e o destrua, o diodo Zener usa um resistor conectado em série com o diodo para limitar a corrente reversa a um valor seguro.

O Diodo regulação de tensão (diodo Zener) é utilizado para regular a tensão, tirando partido do fato de que os díodos Zener tendem a estabilizar-se uma determinada tensão quando a tensão é aplicada no sentido reverso.

Diodos Zener são utilizados em circuitos para manter uma tensão fixa. Eles destinam-se a "quebra" de maneira não destrutiva, de modo que podem ser usados ​​no sentido inverso para manter uma tensão fixa através dos seus terminais. O diagrama mostra como eles estão conectados, com um resistor em série para limitar a corrente.

Diodos zener pode ser distinguida de diodos comuns pelo seu código e tensão de ruptura que são impressos. Códigos diodo Zener começar BZX ... ou BZY ... A sua tensão de ruptura é impresso com V no lugar de um ponto decimal, de modo 4V7 significa 4.7V, por exemplo. Diodos zener são classificadas por sua tensão de ruptura e de potência máxima. A tensão mínima disponível é 2.4V. Potências de 400mW e 1.3W são comuns.
No entanto existem muitos diodos Zener em que pela simples indicação do tipo não é possível saber qual é a sua tensão. É o caso dos diodos zener da série 1N. A tabela ao lado pode facilitar bastante para os leitores que trabalham com esse tipo de componente.

O resumo do cálculo do Resistor Série está disponível em: 24_08_01 Cálculo de resistor série.

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2019

EX 09.5 - Filtro Capacitivo - Cálculo de Capacitor para redução da tensão de riplle

No projeto de uma fonte com diodos retificadores, é muito comum determinar os valores dos capacitores de filtro pelo maior valor possível, tentando evitar um alto valor de tensão de ondulação da tensão de saída e o ruído provocado pelo excessivo percentual de ripple. Iremos agora determinar o valor do capacitor de filtro com mais precisão. 

O valor do ripple é considerado o percentual de ondulação, sobre a tensão nominal de saída da fonte. 

Exemplo: Se a voltagem de saída da fonte é 12 volts e a ondulação (ripple) presente sobre essa voltagem é de 0,6 volts, o percentual de ripple é:

• RIPLLE = 0,6/12 = 0,05 x 100 %  = 5 %.

Para se conseguir percentuais de ripple mais baixos, devemos utilizar, de preferência, retificação de onda completa. Isso acontece porque a retificação de onda completa aproxima mais as ondas entre si, diminuindo assim o tempo que o capacitor terá que se manter carregado. 

Logo a frequência dobra para 120 Hz, aproximando mais as ondas, resultando numa ondulação de ripple menor.

Para calcular o valor do capacitor usaremos uma fórmula simplificada: C = (T x I) / V , onde:

• Capacitância é o valor do capacitor de filtro em µF;
• Período é o período das ondas após os retificadores em milisegundos (mS);
• Corrente é a corrente máxima que a fonte irá fornecer em miliampéres (mA);
• Voltagem de ondulação é a tensão pico a pico da ondulação em volts.

Exemplo: Determinar um capacitor de filtro para ser usado em uma fonte retificadora de onda completa de 9 v e corrente de 50 mA com ripple de 2,2 %.

Para calcular o valor pico a pico da ondulação do ripple, multiplicamos 2,2 % por 9 volts, ou  0,022 x 9 = 0,198 volts.

Como o período é o inverso da frequência, para calcular o valor do período, dividimos 1 pela frequência que, no caso da retificação de onda completa, é 120 Hz. Ou seja 1/120 = 0,00833 segundos ou 8,33 mS. Aplicando-se os valores na fórmula teremos: 

• Capacitância = 8,33 X 50 / 0,198 = 416,5 / 0,198 = 2103 µF       

Neste caso arredondamos o valor para 2200 µF que é um valor comercial.

A voltagem do capacitor de filtro deve sempre estar acima do valor nominal de saída da fonte. Mas, um cuidado deve ser tomado: O capacitor se carrega com a voltagem de pico e não com a voltagem RMS, aquela que aparece no secundário dos transformadores. Assim, devemos sempre multiplicar o valor nominal do secundário do transformador pela raiz de 2 ( 1,4142).

Exemplo: Para uma tensão alternada de 12 volts a tensão de isolação do capacitor deve ser igual ou maior que: 12 x 1,4142 = 16,97 volts

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/11/2018

EX 09.4 - Diodos - Retificador de onda completa em ponte.

A retificação de onda completa em ponte utiliza quatro diodos semicondutores e transfere para a carga uma onda retificada, sem a necessidade de uso de um transformador com derivação central, conforme ilustrado na figura 1.

Este retificador  é chamado de ponte retificadora e é muitas vezes representada nos esquemas elétricos pelo diagrama com a barra e a seta do símbolo do diodo indicando os terminais positivo e negativo, respectivamente. Os outros dois terminais representam os pontos de conexão da tensão de entrada.

Na ponte retificadora a tensão no secundário do transformador é utilizada quase que integralmente para alimentação da carga em cada metade do ciclo.

Para o retificador com derivação central, metade do secundário do transformador fica energizada apenas para manter um dos diodos em bloqueio; o que implica em uma menor eficiência.

A configuração da ponte retificadora é muito empregada em equipamentos eletrônicos. Isso levou os fabricantes de diodos a produzir pontes retificadoras pré-fabricadas. Essas pontes nada mais são do que os 4 diodos já ligados entre si, encapsulados em um só componente.

O componente disponível comercialmente tem quatro terminais, dois dos quais utilizados para a entrada da tensão ca com os dois restantes servindo para a saída da tensão cc. Os terminais de entrada em ca são normalmente identificados pelo símbolo (~) sendo os de saída em cc identificados pelos símbolos (+) e (-).

Cálculo do retificador em ponte com filtro:

O Transformador diminui a tensão de saída. A tensão do secundário é igual a tensão do primário dividida pela relação de espiras do transformador (RT), sendo o transformador construído com 1200 espiras no primário e 82 espiras.

A carga a ser utilizada será uma lâmpada de 12V / 5W.

• RT = NP/NS = 1200 / 82 = 14,6.
• VS = VP/RT = 220/14,6 = 15,0 Vac.

 A tensão de pico é calculada por:

• VP = VS x √2 = 15,0 x 1,41 = 21,2 Vac.

O valor de tensão DC na saída é um valor médio de tensão (Vdc).

• Vdc = (2 VP - 2 Vd) / π = (2 x 21,2 - 2 x 0,7) / 3,14 = (42,4 - 1,4) / 3,14 = 41,0 /3,14 = 13,1 Vdc.

O filtro capacitivo usado nesta fonte de alimentação serve para eliminar uma tensão alternada pulsativa e transformá-la em uma (tensão contínua) que varia menos. Essa variação é chamada de tensão de ondulação ou ripple. O filtro capacitivo diminui a tensão de ripple: 

• Vrpp  = Vmf / F . R . C = 13,1 / 120 x 30 x 0,002200 = 1,65 V;

Onde: Vrpp é a tensão de Ripple de pico-a-pico. F é a frequência. R a resistência da carga. C o valor do capacitor.

O relatório da atividade prática resolvido pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: 24_05_03 Diodos - Retificador onda completa com ponte de diodos e filtro. 

O resumo de Circuitos retificadores, filtros e reguladores elaborado pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: Circuitos retificadores, filtros e Reguladores - Prof. Sinésio Gomes.

Informações sobre ponte retificadora de diodos podem ser obtidas no link: 20_05_02 Ponte de Diodos AM106.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/02/2021 

Aula 09.2 - Ponte de Diodos

Diodos de retificação são usados ​​para fazer conversão AC/DC.  É possível fazer "retificação de meia onda" usando um diodo. Quando 4 diodos são combinados, ocorre a "retificação de onda completa". Dispositivos que combinam 4 diodos em um encapsulamento são chamados de pontes de diodos. Eles são usados ​​para a retificação de onda completa.

A fotografia da direita mostra dois exemplos de pontes de díodos. O dispositivo cilíndrico, à direita na fotografia tem um limite de corrente de 1A. Fisicamente, é de 7 mm de altura e 10 mm de diâmetro. O dispositivo fixa do lado esquerdo tem um limite de corrente de 4A. É tem uma espessura de 6 mm, é de 16 mm de altura e 19 mm de largura.

Pontes de díodos com grandes capacidades de corrente, exigem um dissipador de calor. Normalmente, eles são parafusados ​​a um pedaço de metal, ou no chassis do dispositivo em que são utilizados. O dissipador de calor permite que o dispositivo irradie o calor em excesso.

Retificadores de ponte são classificados pela sua tensão reversa máxima e máximo. Eles têm quatro ligações ou terminais: as duas saídas CC são rotulados + e -, as duas entradas CA são rotulados ~.
O diagrama mostra o funcionamento de uma ponte retificadora como ele converte AC em DC. Observe como alternância dos pares de diodos em condução.

Informações sobre ponte retificadora de diodos podem ser obtidas no link: 20_05_02 Ponte de Diodos AM106.

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2019

EX 09.3 - Diodos - Retificador de onda completa com transformador de derivação central.

 A retificação de onda completa com derivação central é a denominação técnica que se dá ao circuito retificador de onda completa que emprega dois diodos semicondutores, quando se deriva o terminal negativo de saída do circuito da porção central do secundário do transformador, sendo o terminal positivo considerado no ponto de interconexão dos dois diodos, conforme ilustrado na figura abaixo. 

Este circuito é também denominado de retificador de onda completa convencional. Há uma defasagem de 180º entre as tensões de saída do transformador, VA e VB. As tensões VA e VB são medidas em relação ao ponto C (0V ).

Quando A é positivo, B é negativo, a corrente sai de A passa por D1 e RL e chega ao ponto C.

Quando A é negativo, B é positivo, a corrente sai de B passa por D2 e RL e chega ao ponto C.

Para qualquer polaridade de A ou de B a corrente IL circula num único sentido em RL e por isto, a corrente em RL é contínua. Temos somente os semiciclos positivos na saída. A frequência de ondulação na saída é o dobro da frequência de entrada.

A filtragem para o retificador de onda completa é mais eficiente do que para o retificador de meia onda. Em onda completa o capacitor será recarregado 120 vezes por segundo. O capacitor descarrega durante um tempo menor e com isto a sua tensão permanece próxima de VP até que seja novamente recarregado. Quando a carga RL solicita uma alta corrente é necessário que o retificador seja de onda completa.

Cálculo do retificador onda completa com filtro:

O Transformador diminui a tensão de saída. A tensão do secundário é igual a tensão do primário dividida pela relação de espiras do transformador (RT), sendo o transformador construído com 1200 espiras no primário e 82 espiras no secundário, dividido em duas seções de 41 espiras.

A carga a ser utilizada será uma lâmpada de 12V / 5W.

• RT = NP/NS = 1200 / 41 = 29,3.
• VS = VP/RT = 220/29,3 = 7,5 Vac.

 A tensão de pico é calculada por:

• VP = VS x √2 = 7,5 x 1,41 = 10,6 Vac.

O valor de tensão DC na saída é um valor médio de tensão (Vdc).

• Vdc = (2 x VP - Vd) / π = (2 x 10,6 - 0,7) / 3,14 = (21,2 - 0,7) / 3,14 = 20,5 /3,14 = 6,53 Vdc.

O filtro capacitivo usado nesta fonte de alimentação serve para eliminar uma tensão alternada pulsativa e transformá-la em uma (tensão contínua) que varia menos. Essa variação é chamada de tensão de ondulação ou ripple. O filtro capacitivo diminui a tensão de ripple: 

• Vrpp  = Vmf / F . R . C = 6,53 / 120 x 30 x 0,001000 = 1,81 V;

Onde: Vrpp é a tensão de Ripple de pico-a-pico. F é a frequência. R a resistência da carga. C o valor do capacitor.

O relatório da atividade prática resolvido pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: 24_05_02 Diodos - Retificador onda completa com transformador com derivação central e com filtro. 

O resumo de Circuitos retificadores, filtros e reguladores elaborado pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: Circuitos retificadores, filtros e Reguladores - Prof. Sinésio Gomes.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/02/2021