Circuitos eletrônicos - retificadores de onda completa

Um circuito retificador que retifica os semiciclos positivos e negativos pode ser denominado como um retificador de onda completa, pois retifica o ciclo completo. A construção de um retificador de onda completa pode ser feita em dois tipos. Eles são

Retificador de onda completa com derivação central
Retificador de onda completa em ponte

Ambos têm suas vantagens e desvantagens. Vamos agora examinar sua construção e trabalhar junto com suas formas de onda para saber qual é a melhor e por quê.

Retificador de onda completa com derivação central

Um circuito retificador cujo secundário do transformador é derivado para obter a tensão de saída desejada, usando dois diodos alternativamente, para retificar o ciclo completo é chamado de Center-tapped Full wave rectifier circuit. O transformador é derivado ao centro aqui, ao contrário dos outros gabinetes.

As características de um transformador de rosqueamento central são -

O rosqueamento é feito puxando um fio no ponto médio do enrolamento secundário. Este enrolamento é dividido em duas metades iguais ao fazer isso.
A tensão no ponto médio derivado é zero. Isso forma um ponto neutro.
A derivação central fornece duas tensões de saída separadas que são iguais em magnitude, mas em polaridade oposta uma da outra.
Uma série de fitas podem ser retiradas para obter diferentes níveis de tensões.

O transformador com derivação central com dois diodos retificadores é usado na construção de um Center-tapped full wave rectifier. O diagrama do circuito de um retificador de onda completa com derivação central é mostrado abaixo.

Trabalho de um CT- FWR

O funcionamento de um retificador de onda completa com derivação central pode ser compreendido pela figura acima. Quando o meio ciclo positivo da tensão de entrada é aplicado, o ponto M no secundário do transformador torna-se positivo em relação ao ponto N. Isso torna o diodo $ D_1 $ polarizado diretamente. Portanto, a corrente $ i_1 $ flui através do resistor de carga de A para B. Agora temos os semiciclos positivos na saída

Quando o meio ciclo negativo da tensão de entrada é aplicado, o ponto M no secundário do transformador torna-se negativo em relação ao ponto N. Isso torna o diodo $ D_2 $ polarizado diretamente. Portanto, a corrente $ i_2 $ flui através do resistor de carga de A para B. Agora temos os semiciclos positivos na saída, mesmo durante os semiciclos negativos da entrada.

Formas de onda de CT FWR

As formas de onda de entrada e saída do retificador de onda completa com derivação central são as seguintes.

A partir da figura acima, é evidente que a saída é obtida para os semiciclos positivos e negativos. Também é observado que a saída através do resistor de carga está nosame direction para ambos os meios ciclos.

Pico de tensão inversa

Como a tensão máxima na metade do enrolamento secundário é $ V_m $, toda a tensão secundária aparece no diodo não condutor. Daí opeak inverse voltage é duas vezes a tensão máxima em todo o enrolamento de meio secundário, ou seja,

$$ PIV = 2V_m $$

Desvantagens

Existem algumas desvantagens para um retificador de onda completa com derivação central, como -

A localização do rosqueamento central é difícil
A tensão de saída CC é pequena
PIV dos diodos deve ser alto

O próximo tipo de circuito retificador de onda completa é o Bridge Full wave rectifier circuit.

Retificador de onda completa em ponte

Este é um circuito retificador de onda completa que utiliza quatro diodos conectados em forma de ponte para não apenas produzir a saída durante o ciclo completo de entrada, mas também para eliminar as desvantagens do circuito retificador de onda completa com derivação central.

Não há necessidade de nenhuma derivação central do transformador neste circuito. Quatro diodos chamados $ D_1 $, $ D_2 $, $ D_3 $ e $ D_4 $ são usados na construção de uma rede do tipo ponte de modo que dois dos diodos conduzam por um meio ciclo e dois conduzam pelo outro meio ciclo da alimentação de entrada. O circuito de um retificador de onda completa em ponte é mostrado na figura a seguir.

Trabalho de um retificador de onda completa em ponte

O retificador de onda completa com quatro diodos conectados no circuito de ponte é empregado para obter uma melhor resposta de saída de onda completa. Quando o meio ciclo positivo da alimentação de entrada é dado, o ponto P torna-se positivo em relação ao pontoQ. Isso torna o diodo $ D_1 $ e $ D_3 $ polarizado direto, enquanto $ D_2 $ e $ D_4 $ polarizados reversamente. Esses dois diodos agora estarão em série com o resistor de carga.

A figura a seguir indica isso junto com o fluxo de corrente convencional no circuito.

Conseqüentemente, os diodos $ D_1 $ e $ D_3 $ conduzem durante a metade do ciclo positivo da alimentação de entrada para produzir a saída ao longo do resistor de carga. Como dois diodos trabalham para produzir a saída, a tensão será o dobro da tensão de saída do retificador de onda completa com derivação central.

Quando o meio ciclo negativo da alimentação de entrada é dado, o ponto P torna-se negativo em relação ao ponto Q. Isso faz com que o diodo $ D_1 $ e $ D_3 $ seja polarizado reversamente, enquanto $ D_2 $ e $ D_4 $ sejam polarizados diretamente. Esses dois diodos agora estarão em série com o resistor de carga.

A figura a seguir indica isso junto com o fluxo de corrente convencional no circuito.

Conseqüentemente, os diodos $ D_ {2} $ e $ D_ {4} $ conduzem durante o meio ciclo negativo da alimentação de entrada para produzir a saída ao longo do resistor de carga. Aqui também dois diodos trabalham para produzir a tensão de saída. A corrente flui na mesma direção que durante o meio ciclo positivo da entrada.

Formas de onda da ponte FWR

As formas de onda de entrada e saída do retificador de onda completa com derivação central são as seguintes.

Pico de tensão inversa

Sempre que dois dos diodos estão em paralelo com o secundário do transformador, a tensão secundária máxima através do transformador aparece nos diodos não condutores, o que faz o PIV do circuito retificador. Daí opeak inverse voltage é a tensão máxima em todo o enrolamento secundário, ou seja,

$$ PIV = V_m $$

Vantagens

Existem muitas vantagens para um retificador de onda completa em ponte, como -

Não há necessidade de rosqueamento central.
A tensão de saída CC é duas vezes maior do que o FWR do derivador central.
O PIV dos diodos tem a metade do valor do derivador central FWR.
O design do circuito é mais fácil com melhor saída.

Vamos agora analisar as características de um retificador de onda completa.

Análise de retificador de onda completa

A fim de analisar um circuito retificador de onda completa, vamos assumir a tensão de entrada $ V_ {i} $ como,

$$ V_ {i} = V_m \ sin \ omega t $$

O atual $ i_1 $ através do resistor de carga $ R_L $ é dado por

$$ i_1 = I_m \ sin \ omega t \ quad for \ quad0 \ leq \ omega t \ leq \ pi $$

$$ i_1 = \ quad0 \ quad \ quad \ quad para \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi $$

Onde

$$ I_m = \ frac {V_m} {R_f + R_L} $$

$ R_f $ sendo a resistência do diodo na condição ON.

Da mesma forma, o atual $ i_2 $ fluindo através do diodo $ D_2 $ e o resistor de carga RL é dado por,

$$ i_2 = \ quad \: 0 \ quad \ quad \ quad for \ quad 0 \ leq \ omega t \ leq \ pi $$

$$ i_2 = I_m \ sin \ omega t \ quad para \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi $$

A corrente total fluindo através de $ R_L $ é a soma das duas correntes $ i_1 $ e $ i_2 $ ie

$$ i = i_1 + i_2 $$

DC ou corrente média

O valor médio da corrente de saída que um amperímetro CC indicará é dado por

$$ I_ {dc} = \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_1 \: d \ left (\ omega t \ right) + \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_2 \: d \ left (\ omega t \ right) $$

$$ = \ frac {1} {2 \ pi \ int_ {0} ^ {\ pi}} I_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) + 0 + 0 + $$

$$ \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} I_m \ sin \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right) $$

$$ = \ frac {I_m} {\ pi} + \ frac {I_m} {\ pi} = \ frac {2I_m} {\ pi} = 0,636I_m $$

Este é o dobro do valor de um retificador de meia onda.

Tensão de saída DC

A tensão de saída DC através da carga é dada por

$$ V_ {dc} = I_ {dc} \ times R_L = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = 0,636I_mR_L $$

Assim, a tensão de saída CC é o dobro da de um retificador de meia onda.

Corrente RMS

O valor RMS da corrente é dado por

$$ I_ {rms} = \ left [\ frac {1} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} t ^ 2 \: d \ left (\ omega t \ right) \ right] ^ {\ frac {1} {2}} $$

Uma vez que a corrente é da mesma forma nas duas metades

$$ = \ left [\ frac {I_ {m} ^ {2}} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} \ sin ^ 2 \ omega t \: d \ left (\ omega t \ right ) \ direita] ^ {\ frac {1} {2}} $$

$$ = \ frac {I_m} {\ sqrt {2}} $$

Eficiência do retificador

A eficiência do retificador é definida como

$$ \ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} $$

Agora,

$$ P_ {dc} = \ left (V_ {dc} \ right) ^ 2 / R_L = \ left (2V_m / \ pi \ right) ^ 2 $$

$$ P_ {ac} = \ left (V_ {rms} \ right) ^ 2 / R_L = \ left (V_m / \ sqrt {2} \ right) ^ 2 $$

Portanto,

$$ \ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} = \ frac {\ left (2V_m / \ pi \ right) ^ 2} {\ left (V_m / \ sqrt {2} \ right) ^ 2} = \ frac {8} {\ pi ^ 2} $$

$$ = 0,812 = 81,2 \% $$

A eficiência do retificador pode ser calculada da seguinte forma -

A potência de saída DC,

$$ P_ {dc} = I_ {dc} ^ {2} R_L = \ frac {4I_ {m} ^ {2}} {\ pi ^ 2} \ vezes R_L $$

A potência de entrada CA,

$$ P_ {ac} = I_ {rms} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) = \ frac {I_ {m} ^ {2}} {2} \ left (R_f + R_L \ right) $ $

Portanto,

$$ \ eta = \ frac {4I_ {m} ^ {2} R_L / \ pi ^ 2} {I_ {m} ^ {2} \ left (R_f + R_L \ right) / 2} = \ frac {8} {\ pi ^ 2} \ frac {R_L} {\ left (R_f + R_L \ right)} $$

$$ = \ frac {0,812} {\ esquerda \ {1+ \ esquerda (R_f / R_L \ direita) \ direita \}} $$

Portanto, a porcentagem de eficiência é

$$ = \ frac {0,812} {1+ \ left (R_f + R_L \ right)} $$

$$ = 81,2 \% \ quad if \: R_f = 0 $$

Assim, um retificador de onda completa tem eficiência duas vezes maior que o retificador de meia onda.

Fator Ondulação

O fator de forma da tensão de saída retificada de um retificador de onda completa é dado por

$$ F = \ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} = \ frac {I_m / \ sqrt {2}} {2I_m / \ pi} = 1,11 $$

O fator de ondulação $ \ gamma $ é definido como (usando a teoria do circuito CA)

$$ \ gamma = \ left [\ left (\ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} \ right) -1 \ right] ^ {\ frac {1} {2}} = \ left (F ^ 2 -1 \ direita) ^ {\ frac {1} {2}} $$

$$ = \ left [\ left (1,11 \ right) ^ 2 -1 \ right] ^ \ frac {1} {2} = 0,48 $$

Esta é uma grande melhoria em relação ao fator de ondulação do retificador de meia onda, que foi de 1,21

Regulamento

A tensão de saída CC é dada por

$$ V_ {dc} = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = \ frac {2V_mR_L} {\ pi \ left (R_f + R_L \ right)} $$

$$ = \ frac {2V_m} {\ pi} \ left [1- \ frac {R_f} {R_f + R_L} \ right] = \ frac {2V_m} {\ pi} -I_ {dc} R_f $$

Fator de utilização do transformador

O TUF de um retificador de meia onda é 0,287

Existem dois enrolamentos secundários em um retificador com derivação central e, portanto, o TUF do retificador de onda completa com derivação central é

$$ \ left (TUF \ right) _ {média} = \ frac {P_ {dc}} {VA \: avaliação \: de \: a \: transformador} $$

$$ = \ frac {\ left (TUF \ right) _p + \ left (TUF \ right) _s + \ left (TUF \ right) _s} {3} $$

$$ = \ frac {0,812 + 0,287 + 0,287} {3} = 0,693 $$

Retificador de meia onda vs. onda completa

Depois de passar por todos os valores dos diferentes parâmetros do retificador de onda completa, vamos apenas tentar comparar e contrastar as características dos retificadores de meia onda e de onda completa.

Termos	Retificador de meia onda	Centro Tapped FWR	Bridge FWR
Número de Diodos	$ 1 $	$ 2 $	$ 4 $
Tapping do transformador	$ Não $	$ Sim $	$ Não $
Pico de tensão inversa	$ V_m $	$ 2V_m $	$ V_m $
Eficiência Máxima	$ 40,6 \% $	$ 81,2 \% $	$ 81,2 \% $
Corrente média / cc	$ I_m / \ pi $	$ 2I_m / \ pi $	$ 2I_m / \ pi $
Voltagem de corrente contínua	$ V_m / \ pi $	$ 2V_m / \ pi $	$ 2V_m / \ pi $
Corrente RMS	$ I_m / 2 $	$ I_m / \ sqrt {2} $	$ I_m / \ sqrt {2} $
Fator Ondulação	$ 1,21 $	$ 0,48 $	$ 0,48 $
Frequência de saída	$ f_ {in} $	$ 2f_ {in} $	$ 2f_ {in} $