Retificadores e fontes DC

Retificadores e fontes DC

Como diodos, capacitores e cargas transformam uma tensão alternada em alimentação contínua.

Amplificadores precisam de energia. Uma fonte linear simples começa retificando uma tensão alternada, armazena energia em um capacitor e, quando necessário, regula a tensão resultante.

Objetivos

• identificar os intervalos de condução em retificadores de meia onda e onda completa;
• distinguir tensão retificada de tensão contínua ideal;
• explicar a origem do ripple em um filtro capacitivo;
• reconhecer as limitações de corrente, tensão reversa e dissipação dos diodos.

Retificador de meia onda

Considere uma fonte senoidal $v_s(t)=V_p\sin(\omega t)$, um diodo e uma carga $R_L$ em série. No modelo ideal:

O diodo conduz durante um semiciclo e bloqueia durante o outro. Com uma queda constante $V_D$, a condução começa apenas quando $v_s>V_D$ e a saída durante a condução é aproximadamente $v_s-V_D$.

O intervalo entre pulsos de energia é um período completo da rede. Isso torna o filtro mais exigente e aumenta o ripple para os mesmos $R_L$ e $C$.

Retificador de onda completa

Na ponte de Graetz, dois diodos conduzem em cada semiciclo. A polaridade na carga permanece igual e, no modelo ideal,

Em uma ponte real, o pico disponível perde aproximadamente duas quedas de diodo:

Como existem dois pulsos por período da rede, a frequência fundamental do ripple é o dobro da frequência de entrada.

Filtro capacitivo

Um capacitor em paralelo com a carga carrega próximo ao pico da tensão retificada. Quando a tensão da fonte cai, os diodos bloqueiam e o capacitor fornece corrente à carga. Entre recargas, sua tensão diminui.

Para ripple pequeno, uma estimativa útil é

onde $f_r$ é a frequência dos pulsos de recarga: $f$ em meia onda e $2f$ em onda completa.

Exemplo

Uma ponte alimentada por 60 Hz fornece $I_L=20\,\text{mA}$ a um capacitor de $470\,\mu\text{F}$. A frequência de ripple é 120 Hz:

O cálculo é aproximado porque a corrente de recarga não é uniforme e ocorre em pulsos estreitos.

O que verificar em um projeto real

• tensão reversa máxima em cada diodo;
• corrente média e picos de recarga do capacitor;
• dissipação nos diodos e no regulador;
• tensão mínima durante o vale do ripple;
• polaridade e tensão nominal do capacitor eletrolítico;
• isolamento e segurança quando a entrada vier da rede elétrica.

Para fixar

1. Por que a ponte perde aproximadamente duas quedas de diodo?
2. Dobrar o capacitor faz o quê com a estimativa de ripple?
3. Por que uma saída retificada sem capacitor ainda não é uma tensão DC constante?

Este capítulo fornece apenas o contexto de alimentação. A análise de amplificadores começará pelo transistor bipolar e seu ponto de operação.