Circuito retificador:noções básicas gerais, funcionamento e requisitos explicados

Normalmente, os dispositivos eletrônicos possuem circuito retificador que permite a conversão de CA para CC em sistemas de alimentação. Este uso do circuito é em dispositivos de baixa potência, como carregadores de bateria, para retificar a baixa tensão produzida na retificação.

Para entender o circuito retificador, devemos aprender sobre o processo de retificação. A retificação é responsável por mudar os bits negativos de CA da rede elétrica para tensões CC positivas. Ao configurar seu sistema ideal, você precisa do retificador certo. Portanto, entender o retificador e a configuração dos diodos será importante para você configurar seu sistema.

(Componentes eletrônicos)

1. O que é um circuito retificador?

Um retificador é um dispositivo elétrico que converte a corrente alternada da tensão da rede em uma corrente contínua unidirecional. Ele funciona de forma mais simples alterando a tensão CA da alimentação principal das redes elétricas para tensão CC. Mais importante ainda, muitos aparelhos em que confiamos requerem DC.

O termo retificador é porque o dispositivo endireita o fluxo direcional de corrente. O uso de filtros eletrônicos para suavizar a saída do retificador é uma tendência crescente. Consequentemente, os modernos retificadores de semicondutores de silício causaram a saída de retificadores à base de selênio, retificadores mecânicos, retificadores de óxido de cobre e retificadores de tubo de vácuo.

Os retificadores mecânicos e de tubo a vácuo (usados ​​em tubos de raios catódicos) foram ineficientes devido à alta resistência interna. No entanto, retificadores à base de óxido de cobre e selênio têm melhor tolerância de tensão momentânea do que SCR (Silicon Controlled Rectifier). É uma enorme vantagem sobre os diodos de silício.

(Transformador de energia CA para energia CC com ponte de diodo e capacitor)

2. Tipos de retificadores

Retificadores monofásicos e trifásicos.

Em retificadores monofásicos e trifásicos, eles experimentam retificação de meia onda e retificação de onda completa.

Os retificadores monofásicos possuem uma entrada de alimentação monofásica de alimentação CA. As estruturas são muito simples. Eles precisam de um, dois ou quatro diodos (dependendo do tipo de sistema).

Para CA monofásico, há um alto fator de ondulação gerado. Isso ocorre porque seus diodos se conectam ao enrolamento secundário do transformador monofásico. Além disso, utiliza apenas uma única fase da bobina secundária do transformador para retificação.

Por outro lado, em retificadores trifásicos, as estruturas precisam de três ou seis diodos. A tensão de ondulação reduzida ocorre à medida que todos os diodos são conectados a cada fase do enrolamento secundário do transformador. Além disso, cria um alto fator de utilização do transformador.

Vantagens do retificador monofásico

• Adequado para estruturas simples

Vantagens do retificador trifásico

• Em primeiro lugar, é mais preferível ao usar sistemas grandes
• Em segundo lugar, ele fornece grandes quantidades de energia
• Além disso, não requer nenhum componente de filtro adicional para reduzir a RF
• É eficiente e tem mais TUF

Desvantagens dos retificadores monofásicos

• Para começar, ele fornece uma pequena quantidade de energia.
• Além disso, tem menos fator de utilização do transformador (TUF)

(Diodos)

Retificadores de meia onda e onda completa

Na retificação de meia onda , o retificador bloqueia completamente metade do sinal de entrada pulsante. Então, fornece apenas metade em cada ciclo completo. Isso significa que metade da fonte de alimentação CA é desperdiçada.

A retificação de meia onda requer uma alimentação monofásica de diodo único ou três em uma alimentação trifásica. O nível médio da tensão retificada é metade do nível da tensão de entrada. No entanto, a tensão positiva tem o mesmo nível de tensão de entrada CA de pico que a tensão de entrada.

Existem duas maneiras de projetar um retificador de meia onda. Por exemplo, no primeiro modelo, a alimentação CA se conecta diretamente ao terminal negativo da saída. O próximo projeto tem a fonte de corrente alternada conectada diretamente ao terminal positivo da saída.

Vantagens

• Primeiro, tem uma saída de alta tensão
• Além disso, é barato, pois usa apenas um diodo na retificação de energia.

Finalmente, não requer transformador de alimentação

Retificador de onda completa

Este retificador inverte o sinal de fonte CA de entrada negativa perdido ou bloqueado. Como resultado, melhora o valor médio do sinal de saída. Também dobra a frequência da forma de onda da tensão CA de entrada, uma função que o retificador de meia ponte não pode executar. E, na forma de onda produzida, os picos de entrada e os picos de saída são iguais.

Dois métodos comumente usados ​​no projeto de retificadores de onda completa são; transformador com derivação central e circuito de ponte de diodo. Ele também funciona como um regulador ativo, permitindo a maior parte do fluxo de corrente para o circuito de carga.

Vantagens

• Em primeiro lugar, tem alta eficiência de retificação (81,2%)
• Segundo, tem um RF mais baixo (0,48)
• Além disso, tem um TUF relativamente alto

Desvantagens

• Primeiro, é necessário um transformador para ser executado
• Infelizmente, ele sofre uma resistência interna bastante grande da fonte de alimentação CA
• Por último, ele usa diodos duplos que podem ser caros

Fator de forma:

O fator de forma é a razão entre o valor RMS da corrente e a corrente de saída CC.

FormFactor=Valor RMS da corrente de saída CC atual Fator de forma=Valor RMS da corrente de saída CC atual.

O fator de forma de um retificador de onda completa é 1,11.

(Imagem do circuito retificador de meia onda)

Retificador de ponte

Um retificador de ponte é um conversor CA para CC que retifica a entrada CA principal para a saída CC. O circuito de ponte é um retificador usado em fontes de alimentação que fornecem tensão CC para dispositivos elétricos e componentes eletrônicos. Um retificador de ponte simples normalmente emprega o uso de um resistor de carga. Como resultado, isso garante que a corrente que flui através dele seja igual ao longo dos semiciclos negativo e positivo. O retificador em ponte é uma das partes mais comuns das fontes de alimentação eletrônicas.

O arranjo da ponte retificadora possui quatro diodos adjacentes, também conhecidos como pontes de diodo. A tensão inversa de pico é a tensão mais alta registrada do diodo quando conectado em polarização reversa no meio ciclo negativo. Durante o semiciclo positivo, dois diodos estão no ponto condutor. O par restante está na posição não condutora da retificação da ponte. Os registros de saída do retificador ocorrem através do resistor de carga.

Vantagens do retificador de ponte

• Primeiro, tem uma eficiência de retificação mais alta (81,2%)
• Além disso, reduziu a tensão de ondulação
• Nenhum transformador é necessário na operação do retificador de ponte
• Além disso, tem alto TUF quando pesado com um retificador de derivação central
• Finalmente, atinge altas frequências usando filtragem simples

Desvantagens

• Primeiro, tem custos mais altos de construção de ponte retificadora porque usa quatro diodos
• Reduziu a tensão de saída devido a quedas de tensão no sistema
• Novamente, as configurações do sistema são bastante complicadas
• Por último, ele apresenta grande resistência interna quando operado com tensões mais baixas.

A ponte retificadora é boa. No primeiro ciclo AC, os diodos D2 e ​​D4 são polarizados diretamente, conduzindo assim. A tensão positiva está no ânodo de D2, enquanto o terminal do cátodo de D4 tem uma tensão negativa. A primeira metade do sinal passa por esses dois diodos. Durante a segunda metade do ciclo, os diodos D1 e D3 são polarizados diretamente, conduzindo assim. O efeito geral é que as duas metades do AC podem passar. Depois disso, a metade negativa é invertida e se torna positiva.

(Ponte retificadora)

Retificadores não controlados e retificadores controlados

Retificadores não controlados

O nome de retificadores não controlados refere-se ao tipo de retificador que fornece tensão de saída CC fixa para uma alimentação CA específica. Os retificadores não controlados usam apenas diodos e podem ser; um retificador controlado por onda completa ou um retificador controlado por meia onda. No entanto, eles são menos eficientes, pois os diodos só podem estar ligados ou desligados.

Retificadores controlados

Este circuito converte a alimentação CA em alimentação CC usando tiristores para controlar a fonte de alimentação para a carga. O retificador controlado de meia onda consiste em um único SCR (Retificador Controlado de Silício). Eles têm o mesmo design dos retificadores não controlados, mas usam SCR. Os retificadores controlados por meia onda limitam o desperdício de energia, pois oferecem controle de energia constante.

3. Como funcionam os circuitos retificadores na eletrônica

Princípio de funcionamento dos circuitos retificadores

Os circuitos retificadores funcionam simplesmente transformando a fonte de alimentação CA em uma fonte de alimentação CC. Ele compreende diodos interligados em todo o sistema para criar um movimento de elétrons apenas para a frente para dispositivos de energia. Quando a CA flui através de um circuito retificador, os diodos eliminam as oscilações negativas de tensão da fonte CA. Portanto, deixa apenas a tensão positiva. Um diodo simples permite apenas o fluxo de corrente em uma direção, bloqueando o fluxo de corrente na direção reversa.

Esta imagem mostra uma forma de onda de tensão CA de um diodo retificador. A forma de onda da corrente tem intervalos alternados entre curtos aumentos de tensão, bem como períodos sem tensão. É uma corrente contínua, pois só tem tensão positiva.

(Diagrama de ponte de diodo)

4. Precauções para o Projeto do Circuito Retificador

Existem precauções que você precisa considerar ao projetar um circuito retificador em qualquer dispositivo elétrico. Para esclarecer, discutimos as precauções mais importantes que afetarão a escolha do projeto do retificador.

Meio ciclo positivo

Durante o semiciclo positivo, a tensão que aparece no ânodo e no cátodo é positiva. Isso significa que o diodo está diretamente polarizado. Assumindo que o circuito se conecta a um diodo ideal e a potência nominal é constante. A tensão de pico é Vm, referida como o valor da tensão de pico sem quedas de tensão.

No entanto, devemos considerar a queda de tensão em certos diodos como um diodo de silício com 0,7V (queda de tensão). Ele só é polarizado diretamente quando a tensão de entrada aplicada excede a tensão limite (0,7 V). Assim, o circuito começa a conduzir.

Tensão de pico =Vm - 0,7 V (queda de tensão)

Meio ciclo negativo

É diferente com um meio ciclo negativo, pois a tensão que aparece no ânodo e no cátodo é negativa. O diodo no circuito retificador fica reversamente polarizado, portanto, agindo como uma chave aberta. Não leva a nenhum fluxo de corrente. Isso resulta em leitura de tensão zero na saída.

Além disso, no semiciclo negativo, mesmo depois de considerar o diodo usado, a tensão no diodo é negativa. Significando que a leitura na saída ainda será 0V.

Quedas de tensão:

A tensão da rede geralmente carrega muita energia. A perda parcial de potência do potencial elétrico de uma corrente enquanto se move através de um circuito é chamada de queda de tensão.

VD=(2*L*R*I) / 1000

Calculando o calor dissipado no retificador:

Normalmente, este é o calor perdido no processo de retificação à medida que a tensão cai e a resistência ocorre dentro dos diodos. Portanto, o conhecimento das quedas de tensão de diodos específicos usados ​​no circuito é importante.

Pheat (Power Loss) =Pmax ( Potência máxima de saída do sistema) / Eff (Eficiência do módulo retificador) – Pmax ( Potência máxima de saída do sistema.

A tensão inversa de pico:

PIV refere-se à tensão máxima que um diodo pode suportar em polarização reversa. Portanto, se excedido, os diodos podem quebrar. A tensão inversa de pico é igual à tensão de entrada.

A tensão inversa de pico (PIV) =2Vs max =2V_smax .

5. O capacitor de suavização

Um capacitor de suavização é um sistema que equilibra as variações no fornecimento de um sinal. Eles são aplicados principalmente após um retificador ou tensão de alimentação. Durante os semiciclos, transições suaves são criadas quando o capacitor carrega e descarrega. O processo de carregamento ocorre quando a corrente flui através dos semiciclos positivos.

Retificador de onda completa com capacitor de suavização

O capacitor de suavização ajuda a melhorar a ondulação de saída incompleta nos diodos. Assim, o capacitor de suavização é conectado em paralelo através dos diodos para manter a tensão constante no circuito de carga.

A colocação da carga cai na saída do retificador de ponte de onda completa. O capacitor então aumenta a saída DC. Como resultado, o capacitor de suavização converte a saída ondulada do retificador em uma saída CC mais suave.

A tensão de ondulação é inversamente proporcional ao valor do capacitor de suavização. Os dois valores estão relacionados por

V_ondulação =Eu_carrego //(fxC)

Alternativamente, pode-se usar um circuito integrado regulador de tensão para uma alimentação DC constante.

Capacitor de suavização de 5uF

A carga e a capacitância através de um capacitor de suavização de 5uF variam dependendo da conexão dentro do circuito. A capacitância equivalente será a soma de todos os capacitores conectados no circuito para um capacitor em conexão paralela.

Capacitor de suavização de 50uF

Da mesma forma, o mesmo princípio se aplica aqui para um capacitor de suavização de 50uF. A tensão em uma conexão de circuito paralelo é a mesma para todos os capacitores. No entanto, o 50uF faz um capacitor de suavização mais forte em comparação com o capacitor de 5uF.



(Imagem de capacitores)

6. Conclusão

Uma ampla gama de dispositivos que usam circuitos retificadores foi estabelecida neste artigo. Uma aplicação são os reguladores de tensão, enquanto outro uso comum inclui componentes de fonte de alimentação e detectores de modulação de amplitude (AMDs) usados ​​para sinais de rádio. O dispositivo também já foi comumente conhecido como um detector de cristal nos primeiros receptores de rádio.

Esperamos que este artigo responda a todas as suas dúvidas sobre circuitos retificadores. Sinta-se à vontade para entrar em contato conosco para obter os componentes básicos para fazer seu circuito retificador. Ansioso para ajudar em seus projetos.