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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARABA

CENTRO DE INFORMTICA

CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAO

EWERTON BRUNO LIMA ARAJO 11318323

RELATRIO:

CIRCUITOS COM DIODO

JOO PESSOA

2014

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EWERTON BRUNO LIMA ARAJO 11318323

RELATRIO:

CIRCUITOS COM DIODO

Trabalho acadmico apresentado ao ProfessorDoutor Ruy Alberto Pisani Altafim, titular dadisciplina Eletrnica Aplicada, do curso de

Engenharia de Computao do Centro deInformtica da Universidade Federal da Paraba,como requisito parcial para aprovao na respectivactedra.

JOO PESSOA

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Introduo

Neste Relatrio ser explicado o funcionamento de alguns circuitos com diodos para

a converso de corrente alternada (AC) para corrente contnua (DC), a ferramenta utilizada

para modelagem e simulao dos circuitos se encontra no site www.circuitlab.com. Em todas

as simulaes, ser utilizada a segunda aproximao do diodo de silcio, ou seja, uma tenso

de limiar de 0,7V.

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1 -CIRCUITOS COM DIODO

1.1 - Retificador de meia onda

o circuito mais simples capaz de converter uma corrente alternada em uma

corrente contnua.

Figura 1 - Exemplo de circuito retificador de meia onda.

A fonte V1 gera um sinal senoidal, no semiciclo positivo o diodo est polarizado

diretamente e conduz, com isto, a corrente circula pelo diodo e pela carga (resistor). No

semiciclo negativo, o diodo est polarizado inversamente e no conduz.

Tem-se corrente em R1 somente nos semiciclos positivos de entrada. Os semiciclos

positivos passam para a sada e os semiciclos negativos ficam no diodo.

Utilizando os seguintes dados:V1 = 10V

Frequncia = 60Hz

R1 = 100

Vejamos o grfico da tenso fornecida pela fonte V1, Vin:

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Figura 2 - Grfico da tenso fornecida pela fonte

A fonte fornece um sinal senoidal, a tenso de pico (Vp) de 10V.

Logo abaixo, o grfico da tenso de sada, Vout:

Figura 3 - Grfico da tenso de sada Vout

Note na figura 3, que a sada foi retificada, os sinais negativos foram bloqueados

pelo diodo, e a tenso de pico da sada foi reduzida para 9,31V, isso acontece por que o diodo

1N4148 precisa de 0,69V (aproximadamente 0,7V) para conduzir corrente.

A frequncia de ondulao na sada igual frequncia de entrada. O valor de

tenso contnua na sada um valor mdio de tenso (Vccou Vmed).

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Vmed= Vp / = 0,318*Vp

Vp= Vrms.2

Vmed- Valor mdio de tenso em R1

Vp- Valor de pico da tenso.

Vrms- Valor eficaz

Nesse caso Vmed= 0,318*9,31 = 2,96V

Ao inverter o diodo, o grfico tambm se inverte, ou seja, a parte positiva

eliminada, e a negativa aparece, a tenso de pico agora negativa, Vp= -9,31V.

1.2 Retificador de onda completa utilizando transformador comderivao central

Figura 4 - Circuito retificador de onda completa com tap central

O retificador de onda completa transforma a corrente alternada em contnua, ele

mais eficiente do que o de meia onda, pois, para qualquer polaridade na entrada, ele circula na

carga (R1) apenas em um sentido.

Quando a polaridade positiva no diodo D1, a polaridade no D2 negativa, quando

D1 conduz, D2 no conduz, e vice versa, permitindo a passagem de corrente no R1 apenas

num nico sentido, aproveitando todos os semiciclos da tenso alternada. A frequncia de

sada o dobro da frequncia de entrada.

Utilizando V2 = 10V, frequncia = 60Hz, R1 = 100

Vejamos o grfico da tenso de entrada e sada abaixo:

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Figura 5 - Grfico da tenso de entrada/tenso de sada do circuito retificador com tap central

O grfico em laranja descreve a tenso fornecida por V2, e o azul descreve a tenso

de sada (no resistor), note que so aproveitados todos os semiciclos da tenso de entrada, a

parte negativa espelhada para a parte positiva, dobrando a frequncia de entrada de 60Hz

para 120Hz na sada, como a tomada central do transformador est aterrada, a tenso de sada dividida por dois, e como cada semiciclo passa pelo diodo, que por sua vez, possui uma

tenso de limiar de 0,7V, a tenso de sada diminuda.

Vin= 10V (Tenso de entrada)

Vout= Vp/2 - 0,7 = 10/2 - 0,7 = 4,3V (Tenso de sada)

Vmed= 0,318*Vout = 0,318*4,3 = 1,37V (Valor mdio de tenso na sada)

Vrms= Vout / 2 = 4,3/2 = 3,04V (Valor eficaz)

Se invertermos os dois diodos teremos uma tenso de sada negativa.

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1.3 Retificador com ponte de diodo

Figura 6 - Circuito retificador de onda completa com ponte de diodo

O retificador em ponte dispensa o uso do transformador com tomada central e com

isto, pode-se ter um retificador de onda completa ligado diretamente rede eltrica.

A corrente passa por D1, R1, D3 quando InPos positivo, e a corrente passa por D2,

R1, D4 quando InPos negativo. Semelhante ao circuito com derivao central, quando D1

est polarizado diretamente, D2 est polarizado inversamente, e vice e versa.

A corrente passa por dois diodos em cada semi-ciclo da tenso de entrada. QuandoInPos positivo D1 e D3 conduzem, e quando InPos negativo D2 e D4 conduzem.

Figura 7 - Grfico da tenso de entrada/sada do circuito retificador de onda completa com ponte de diodo

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Podemos perceber na Figura 8 que o retificador de onda completa com ponte de diodo

no reduz a tenso na metade como no retificador com derivao central, porm, h uma

queda de tenso na sada, pois, a corrente passa por dos dois diodos em cada semiciclo.

Vout= Vp - 2*(0,7) = 10 - 1,4 = 8,4V (Tenso de sada)

Vmed= 0,318*Vout= 0,318*8,4 = 2,67V (Valor mdio de tenso na sada)

Vrms= Vout/ 2 = 8,4 / 2 = 5,94V (Valor Eficaz)

1.4 Retificador com filtro capacitivo

Figura 8 - Circuito retificador com filtro capacitivo

O circuito com filtro capacitivo consiste na eliminao de variaes bruscas na

tenso de sada, graas presena do capacitor que age como amortecedor.

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

semiciclo positivo de entrada, o diodo conduz colocando o capacitor e o resistor diretamente

em contato com a tenso de entrada. Enquanto a tenso de entrada estiver aumentando, o

diodo estar conduzindo e o capacitor vai se carregando at atingir a tenso mxima, embora

no consiga no primeiro semiciclo, o prximo semiciclo positivo vai carregar mais um pouco

o capacitor, at atingir o valor de tenso mxima. Quando a tenso de entrada atinge o pico

mximo, comea a cair, a carga no capacitor tenta voltar, mas impedida pelo imediato

bloqueio do diodo. A carga do capacitor vai escapando suave e exponencialmente atravs do

resistor, que por sua vez j novamente carregado atravs do prximo semiciclo, deixando a

curva da tenso de sada de maneira quase constante. A diferena entre o pico e o mnimo

chamada de tenso de Ripple, e dado por VRipple= Vp/R.C.f , onde Vp a tenso de pico de

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sada, R o valor da resistncia, C o valor do capacitor e f a frequncia do sinal senoidal

fornecida pela fonte.

Podemos perceber que alterando o valor de Vp, R, C ou f, mexemos no valor da

tenso de Ripple, ou seja, se aumentarmos o valor de R, C ou f, a tenso de Ripple diminui, e

se diminuirmos o valor de R, C ou f, a tenso de Ripple aumenta.

A constante de tempo de descarga do capacitor dada por = RC, Esta constante

deve ser bem maior que o perodo T do sinal de entrada. Assim, o capacitor s se descarregar

um pouco at o prximo ciclo. Usando os seguintes dados:

V = 10V, Frequncia = 60Hz, R = 100, C = 400uF

Logo,

Vp= 10 - 0,7 = 9,3V

VRipple= Vp/(R*C*f)

VRipple= 9,3/(100*400*10-6*60) = 3,87V

= RC = 100*400*10-6= 0,04 segundos

Vejamos o grfico abaixo:

Figura 9 - Grfico da tenso de entrada/sada do circuito retificador com filtro capacitivo

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Como mostra o grfico, inicialmente o capacitor carregado, logo aps, acontece o

amortecimento, deixando a tenso de sada quase constante. Podemos melhorar a tenso de

sada, vejamos agora aumentando o valor do resistor e do capacitor:

V = 10V

Frequncia = 60Hz

R = 1k

C = 1mF

A diferena de pico mximo e mnimo (Tenso de Ripple) ser:

Vp= 10 - 0,7 = 9,3V

VRipple= Vp/(R*C*f)

VRipple= 9,3/(1000*1*10-3*60) = 0,155V

= R*C = 1000 * 1*10-3= 1 segundo

Quanto maior a constante do tempo de descarga do capacitor, maior o amortecimento

da tenso de sada.

Vejamos o grfico abaixo:

Figura 10 - Grfico da tenso de entrada/sada do circuito retificador com filtro capacitivo.

Como podemos ver, a tenso de Ripple foi diminuda, a tenso de sada agora foi

melhorada, deixando de forma mais contnua.

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1.5 Circuito Grampeador (Clamper)

O circuito grampeador tem por funo fixar um novo valor mdio tenso de sada,sem alterar o valor pico a pico da tenso de entrada.

Figura 11 - Circuito Grampeador

Durante o semiciclo positivo de entrada, o diodo no conduz, e a tenso na sada

igual tenso de entrada, no semiciclo negativo, o diodo conduz, e o capacitor carregado, de

tal modo que a tenso entre seus terminais atinge o valor mximo de tenso de entrada, nessacondio, a tenso de sada 0,7 (tenso de limiar do diodo, segunda aproximao),

invertendo a polaridade da tenso de entrada pela segunda vez, o diodo fica reversamente

polarizado, comportando-se como uma chave aberta. Como o capacitor carregou-se durante o

semiciclo anterior, a tenso entre seus terminais somada a tenso de entrada, portanto a

tenso de sada duas vezes a tenso de entrada. Fazendo com que a constante de tempo do

circuito = R*C seja elevada, no h condies do capacitor perder de modo significativo

sua carga. Para que o circuito funcione corretamente, a frequncia do sinal de entrada deve ser

tal que no haja condio do capacitor descarregar-se, recomenda-se T/2 < 5*, Onde T o

perodo.

Utilizando os seguintes dados:

Vp= 10V, Frequncia: 60Hz

Vejamos a tenso de sada no grfico abaixo:

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Figura 12 - Grfico da tenso de entrada/sada do circuito Grampeador

Podemos ver que o sinal de entrada (cor laranja) foi elevado na sada (cor azul) sem

alterar o valor pico a pico da tenso de entrada.

1.6 Circuito Multiplicador

O circuito multiplicador usado para elevar a tenso de sada contnua.

Figura 13 - Circuito Multiplicador

No primeiro semiciclo negativo da tenso de entrada, D7 conduz e carrega C3 que

atinge o valor mximo da tenso de entrada. No semiciclo positivo da tenso de entrada, D7

no conduz, mas D9 conduzir e carregar C5 que atingir o dobro do valor mximo da

tenso de entrada, pois o valor de tenso de entrada se somar ao valor de tenso do capacitor

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C3. A constante de tempo de descarga do capacitor 0, pois a resistncia do circuito zero,

desconsiderando a resistncia dos diodos, capacitores e fonte, por serem muito pequena.

= R*C = 0*C = 0. (tempo de descarga zero)

Vejamos no grfico abaixo:

Figura 14 - Tenso de entrada/sada do circuito multiplicador

Percebe-se que a cada semiciclo o capacitor C5 vai se carregando at atingir o dobro

do valor da tenso de entrada menos o valor de tenso de limiar dos diodos, como no h

nenhuma carga no circuito para haver o descarregamento do capacitor, ele vai acumulando

tenso durante os semiciclos da tenso de entrada somada com a tenso do capacitor C3.

1.7 Circuito Multiplicador com carga

Figura 15 - Circuito Multiplicador com carga

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Possui o mesmo funcionamento do circuito Multiplicador sem carga, o nico cuidado

que devemos ter, com a constante de tempo de descarga do capacitor, vejamos um exemplo:

Utilizando V2 = 10V, Frequncia = 60Hz, RL = 1k e C5 = 1uF

Figura 16 - grfico da tenso de entrada/sada do Circuito Multiplicador com carga, em mau funcionamento.

Note que a tenso de sada ao invs de aumentar, diminui. O circuito no funciona

corretamente, pois o tempo de descarga do capacitor menor que a metade do perodo da

tenso de entrada. Veja que = R*C = 1000*1*10-6 = 1 ms, e T/2 = (1/60)/2 = 8,3ms,

portanto, como a constante de tempo menor que a metade do perodo, o capacitor

descarrega-se antes do prximo semiciclo positivo de entrada, e isso acontece tambm nos

circuitos triplicadores e quadruplicadores de tenso, que sero mostrados mais pra frente.

Agora vejamos um exemplo funcionando corretamente, utilizando os seguintesdados:

V2 = 10V

Frequncia = 60Hz

RL = 1M

C5 = 1uF

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Figura 17 - grfico da tenso de entrada/sada do Circuito Multiplicador com carga, em bom funcionamento.

Como visto, tomando cuidado com a constante de tempo de descarga do capacitor, o

circuito funciona perfeitamente. A tenso de 10V foi dobrada para 20V, desconsiderando a

tenso de limiar do diodo.

1.8 Circuito Triplicador

Figura 18 - Circuito Triplicador

Possui o mesmo funcionamento do circuito Multiplicador, porm, ao invs de dobrar

a tenso de sada, ele triplica, com o uso de trs capacitores e trs diodos, Inicialmente C3

carregado nos semiciclos negativos da tenso de entrada at atingir o Vmax (valor mximo),

C8 carregado com a tenso de entrada mais a tenso C3, logo, C8 = V C3+ Vmax= 2*Vmax,

por fim, C9 carregado com a soma da tenso de C8 e Vmax, portanto C9 = VC8+ Vmax=

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2*Vmax+ Vmax= 3*Vmax. Os capacitores so carregados gradativamente. vejamos no grfico

abaixo:

Utilizando V2 = 10V, Frequncia = 60Hz, C9 = 1uF

Figura 19 - grfico da tenso de entrada/sada do Circuito Triplicador.

Note que a tenso de sada foi triplicada de 10V para 30V, desconsiderando as

resistncias dos componentes. No h descarga do capacitor porque no h resistncia no

circuito, os semiciclos vo gradativamente carregando os capacitores at chegarem ao

mximo de tenso.

1.9 Circuito Quadruplicador

Os quadruplicadores de tenso so muito utilizados em fontes de alimentao,

aumentando a tenso alternada de pico de uma entrada para um valor quatro vezes maior, o

qual pode ser filtrado e utilizado para alimentar umacarga.

Figura 20 - Circuito Quadruplicador.

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Possui o mesmo funcionamento do circuito triplicador, mas agora, utilizando quatro

capacitores e quatro diodos, quadruplicando a tenso de sada, C10 = C9 + Vmax, como C9 faz

parte do circuito triplicador, C10 = 3*Vmax + Vmax = 4* Vmax. vejamos o grfico abaixo

utilizando :

V2 = 10V, Frequncia = 60Hz, C10 = 1uF

Figura 21 - Grfico de entrada/sada do Circuito Quadruplicador.

Podemos ver que o sinal de entrada quadruplicado na sada, passando de 10V para

40V.

1.10 Detector de Pico

Figura 22 - Circuito Detector de Pico

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O capacitor recebe o semiciclo positivo da fonte de entrada, ao se carregar, ele

armazena a tenso de pico recebida pela fonte de entrada, se o valor de pico diminuir, Vout2

ser maior que Vin, ento o diodo fica polarizado inversamente, e o diodo no deixa a

corrente passar, deixando o capacitor com a tenso de pico, que seria descarregada pelo

resistor muito lentamente. Considerando o diodo na segunda aproximao, o detector de pico

estar armazenando um valor de pico menos a tenso de limiar do diodo de aproximadamente

0,7. Ento se a tenso de pico for de 100V, o capacitor detectar um pico que seria de 100V -

0,7V = 99,3V.

Para detectar picos mais rapidamente, teramos que aumentar a constante de tempo

de descarga do capacitor, para isso, altera-se o valor do resistor ou do capacitor, que

determinar o tempo que o capacitor leva para descarregar, chamado de tempo de release.

1.11 Detector de Pico com Grampeador

Figura 23 - Circuito Detector de Pico com grampeador

O circuito idntico e se comporta da mesma maneira do circuito multiplicador com

carga, para que realmente funcione adequadamente, devemos ter cuidado com a constante de

tempo de descarga do capacitor, ela tem que ser maior do que meio perodo do sinal de

entrada. Vejamos o grfico confirmando que o circuito idntico ao circuito multiplicador

com carga, utilizando V2 = 10V, Frequncia = 60Hz, C8 = 1uF, R6 = 1M

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Figura 24 - Grfico de tenso de entrada/sada do Circuito Detector de Pico com grampeador

Note que a curva do grfico a mesma do circuito multiplicador com carga.

1.12 Circuito com Diodo Zener

Diodo Zener um tipo especial de diodo, que por construo, intencionalmente,

opera na regio de ruptura. Este tipo de diodo, tambm chamado diodo de ruptura, o

elemento principal dos reguladores de tenso. Ou seja, utilizado para garantir tenso

constante independente da corrente requisitada pela carga do circuito.

Figura 25 - Circuito com diodo zener

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Deve existir sempre um resistor para limitar a corrente na tenso de ruptura do diodo

zener, caso contrrio, assim como os diodos normais o zener queimaria por excesso de

potncia. O diodo zener deve ser capaz de manter a tenso constante mesmo com oscilaes

na tenso da fonte ou mudana na resistncia da carga.

Para se garantir que o zener est operando na regio adequada de tenso, calculamos

a tenso Thevenin retirando o zener do circuito. Vth= R1*VC2/(R3+R1), Agora retirando a

carga, a corrente do resistor que limita a corrente de ruptura dado por: Is = (VC2 -

VD6)/R3.Para um regulador zener manter a tenso constante, o diodo zener deve permanecer a

regio de ruptura em qualquer condio de operao.

O pior caso ocorre quando a corrente fornecida pela fonte mnima e a corrente de

carga alta.

Vejamos o grfico da tenso de sida estabilizada pelo diodo Zener:

Figura 26 - grfico da tenso de sada estabilizada com o regulador de tenso

Note que a tenso de entrada que alteranda, torna-se contnua, porque o diodo

zener, estabiliza a tenso recebida, garantindo a tenso constante independente da corrente

requisitada pela carga do circuito.

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Concluso

Podemos ento perceber a importncia dos circuitos mostrados no decorrer do

relatrio, pois, alterando-se a configurao do circuito com diodos, capacitores e resistncia,

possvel transformar uma corrente alternada em uma corrente contnua, receber uma tenso de

entrada alta e torna-la mais baixa, receber uma tenso mais baixa e torna-la mais alta,

podendo assim conciliar, a corrente alternada que recebemos em nossas casas para o uso de

aparelhos eletrnicos que precisam de corrente contnua para funcionar adequadamente.