Retificação de Diodo: Meia Onda, Onda Completa, PIV

Em eletrônica, a retificação é um processo no qual um diodo retificador converte um sinal alternado de entrada CA de ciclo completo em um sinal de saída CC de meio ciclo.

Um único diodo produz retificação de meia onda e uma rede de 4 diodos produz retificação de onda completa.

Nesta publicação, analisaremos os processos de retificação de diodos de onda média e onda completa e outras propriedades através de funções variáveis ​​no tempo, como onda senoidal e onda quadrada. Ou seja, através de tensões e correntes que mudam de magnitude e polaridade em relação ao tempo.

Consideraremos o diodo como ideal, ignorando se é um diodo de silício ou de germânio, para minimizar as complicações nos cálculos. Consideraremos que o diodo é um diodo retificador padrão com recursos de retificação padrão.

Retificação por meia onda

O diagrama mais simples que mostra um sinal variável no tempo aplicado a um diodo é mostrado no diagrama a seguir:


Aqui podemos ver uma forma de onda CA, em que o período T significa um ciclo completo da forma de onda, que é o valor médio ou a soma algébrica das porções ou corcéis acima e abaixo do eixo central.

Este tipo de circuito no qual um único diodo retificador com uma entrada de sinal AC sinusoidal variável no tempo é aplicado para gerar uma saída DC com um valor de metade da entrada é chamado de retificador de meia onda. O diodo é conhecido como retificador neste circuito.

Durante o período entre t = 0 → T / 2 da forma de onda CA, a polaridade da tensão vi cria uma “pressão” na direção mostrada no diagrama a seguir. Isso permite que o diodo ligue e conduza com uma polaridade, conforme indicado logo acima do símbolo do diodo.

Região de condução do diodo (0 → T / 2).

Como o diodo é totalmente acionado, a substituição do diodo por um curto-circuito produzirá uma saída, como mostrado na imagem no lado direito acima.

Para ter certeza, a saída gerada parece ser uma réplica exata do sinal de entrada aplicado acima do eixo central da forma de onda.

Durante o período T / 2 → T, a polaridade do sinal de entrada vi fica negativa, fazendo com que o diodo se desligue, resultando em um circuito aberto equivalente nos terminais do diodo. Por esse motivo, a carga não pode fluir através do caminho do diodo durante o período T / 2 → T, o que faz com que vo seja:


vo = iR = 0R = 0 V (usando a lei de Ohm). A resposta pode ser vista no diagrama a seguir:

Neste diagrama, podemos ver que a saída DC do diodo Vo produz uma região positiva média líquida no eixo, para todo o ciclo de entrada, que pode ser determinado pela fórmula:

Vdc = 0,318 Vm (meia onda)

A entrada vi e as tensões de saída vo durante o processo de retificação de meia onda do diodo são apresentadas na figura a seguir:

A partir dos diagramas e da explicação acima, podemos definir a retificação de meia onda como um processo no qual o diodo elimina metade do ciclo de entrada em sua saída.

Usando um diodo de silício

Quando um diodo de silício é usado como diodo de retificação, uma vez que possui uma característica de queda de tensão direta de VT = 0,7 V, ele gera uma região de polarização direta, como mostra a figura a seguir:

VT = 0,7 V significa que o sinal de entrada agora deve ser pelo menos 0,7 V para garantir que o diodo seja LIGADO com sucesso. Caso a entrada VT seja menor que 0,7V, o diodo simplesmente não acenderá e continuará no modo de circuito aberto, com Vo = 0 V.

Como o diodo conduz durante o processo de retificação, ele gera uma saída CC que carrega um nível de tensão fixo para a diferença de tensão vo-vi, igual à queda direta discutida anteriormente de 0,7 V. Podemos expressar esse nível fixo com o seguinte Fórmula:

vo = vi – VT


Isso produz uma redução na tensão média de saída acima do eixo, causando uma ligeira redução líquida na saída retificada do diodo.

Referindo-se à figura acima, se considerarmos que o Vm (nível de sinal de pico) é alto o suficiente como o VT, de modo que Vm >> VT, podemos avaliar o valor médio da saída CC do diodo usando a seguinte fórmula, com bastante precisão.

Vcc ≅ 0,318 (Vm – VT)

Mais precisamente, se o pico CA de entrada for suficientemente maior que o VT do diodo (queda direta), podemos simplesmente usar a fórmula acima para estimar a saída CC retificada do diodo:

Vdc = 0,318 Vm

Exemplo trabalhado para retificador de meia ponte

Questão:

Avalie a saída vo e descubra a magnitude DC da saída para o projeto do circuito mostrado abaixo:

Solução: Para a rede de circuitos acima, o diodo será LIGADO para a parte negativa do sinal de entrada e vo será como indicado no diagrama a seguir.

Durante todo o período do ciclo CA de entrada, a saída DC será:

Vcc = 0,318Vm = – 0,318 (20 V) = – 6,36 V

O sinal negativo indica a polaridade da saída DC que é oposta ao sinal fornecido no diagrama abaixo do problema.

Problema # 2: Resolva o problema acima, considerando que o diodo é um diodo de silício.

No caso de um diodo de silício, a forma de onda de saída seria assim:

E a saída DC pode ser calculada como explicado abaixo:

Vcc ≅ – 0,318 (Vm – 0,7 V) = – 0,318 (19,3 V) ≅ – 6,14 V

A queda na tensão DC de saída devido ao fator de 0,7 V é de cerca de 0,22 V ou aproximadamente 3,5%

Retificação de onda completa

Quando um sinal senoidal CA é usado como entrada para retificação, a saída CC pode ser melhorada para o nível 100% usando um processo de retificação de onda completa.

O processo mais conhecido e mais fácil de conseguir isso é empregar uma rede retificadora de ponte de 4 diodos, como mostrado abaixo.

rede retificadora de ponte completa com 4 diodos

Quando o ciclo de entrada positivo progride pelo período t = 0 a T / 2, a polaridade do sinal de entrada CA através do diodo e a saída do diodo são representadas abaixo:

Aqui, podemos ver que, devido ao arranjo especial da rede de diodos na ponte, quando D2, D3 conduz, os diodos opostos D1, D4 permanecem polarizados invertidos e desligados.

A saída CC líquida gerada a partir deste processo de retificação através de D2, D3 pode ser vista no diagrama acima. Como imaginamos que os diodos são ideais, a saída é vo = vin.

Agora, da mesma maneira para o meio ciclo negativo do sinal de entrada, os diodos D1, D4 conduzem e os diodos D2, D3 entram no estado OFF, como ilustrado abaixo:

Podemos ver claramente que a saída do retificador de ponte converteu os meios ciclos positivos e negativos da entrada CA em dois meios ciclos CC acima do eixo central.

Como essa região no eixo agora é duas vezes mais que a região obtida para uma retificação de meia onda, a saída CC também será duas vezes maior que a calculada com a seguinte fórmula:

Vcc = 2 (0,318Vm)

ou

Vdc = 0.636Vm (onda completa)

Como mostrado na figura anterior, se um diodo de silício for usado em vez do diodo ideal, a aplicação da lei de tensão de Kirchhoff na linha de energia nos daria o seguinte resultado:

vi – VT – vo – VT = 0 e vo = vi – 2VT,

Portanto, a tensão de saída de pico vo será:

Vomax = Vm – 2VT

Em uma situação em que V >> 2VT, podemos usar nossa equação anterior para obter o valor médio com um grau de precisão razoavelmente alto:

Vcc ≅ – 0,636 (Vm – 2VT),

Novamente, se tivermos Vm significativamente maior que 2VT, o 2VT pode ser simplesmente ignorado e a equação pode ser resolvida como:

Vcc ≅ – 0,636 (Vm)

PIV (tensão reversa máxima)

A tensão ou classificação reversa máxima (PIV), que também é às vezes chamada de PRV (tensão reversa máxima de diodo), torna-se um parâmetro crucial ao projetar circuitos retificadores.

Basicamente, é uma faixa de tensão de polarização reversa do diodo que não deve ser excedida; caso contrário, o diodo pode se decompor ao transitar para uma região chamada região de avalanche zener.

Se aplicarmos a lei de tensão de Kirchhoff a um circuito retificador de meia onda, como mostrado abaixo, simplesmente explica que a classificação PIV de um diodo deve ser maior que o valor de pico da entrada de alimentação usada para a entrada do retificador.

Também para um retificador de ponte completa, o cálculo da classificação PIV é o mesmo que o retificador de meia onda, ou seja:

PIV ≥ Vm, pois Vm é a tensão total aplicada à carga conectada, como mostrado na figura a seguir.

Exemplos trabalhados para a rede completa de retificação de pontes

Determine a forma de onda de saída para a próxima matriz de diodos e também calcule o nível DC de saída e o PIV seguro para cada diodo na matriz.

Solução: Para o meio ciclo positivo, o circuito se comportaria como mostrado no diagrama a seguir:

Podemos redesenhar isso da seguinte maneira para uma melhor compreensão:

Aqui, vo = 1 / 2vi = 1 / 2Vi (máximo) = 1/2 (10 V) = 5 V

Para o meio ciclo negativo, o papel de condução dos diodos pode ser trocado, o que produzirá uma saída vo, como mostrado abaixo:

A ausência de dois diodos na ponte resulta na redução da saída DC com uma magnitude:

Vcc = 0,636 (5 V) = 3,18 V

É a mesma coisa que obteríamos de um retificador de meia ponte com a mesma entrada.

O PIV será igual à tensão máxima gerada por R, que é de 5 V ou metade da necessária para uma meia onda retificada com a mesma entrada.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

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