Circuitos Retificadores: Visão Geral

Olá. Em algumas postagens recentes nós vimos os diodos retificadores da família 1N4000. Hoje veremos circuitos retificadores, que utilizam esses diodos para transformar a tensão CA em tensão CC. Esses circuitos são muito usados, pois os circuitos eletrônicos em geral usam tensão CC. A imagem que abre essa postagem é os tais circuitos retificadores encapsulados, vendidos já prontos. Porém há a possibilidade de montá-los com diodos separados.

Existem três tipos básicos de retificadores construídos usando diodos. Eles são o retificador de meia onda, o retificador de onda completa, e o retificador em ponte, que também é de onda completa.

* Retificador de Meia-Onda:

Com certeza o retificador mais simples dos três. Pode ser feito com apenas um diodo, porém, devido a sua extrema simplicidade apresenta baixa eficiência. A figura abaixo mostra o esquema de um retificador de meia onda.

Podemos ver que o diodo entra em condução somente no semiciclo positivo, entrando em corte durante o semiciclo negativo. Desta forma obtemos um sinal que possui a mesma frequência da entrada, porém somente a parte positiva. Utilizando uma fórmula simples, é possível calcular o valor médio dessa onda, que corresponde ao valor cc (tensão contínua) que essa onda "representaria". A fórmula é a seguinte:



Onde corresponde ao valor RMS da tensão alternada. A raiz quadrada de dois é utilizada para se achar o valor de pico do sinal. O desconto de 0,7 representa a queda de tensão do diodo, que "retira" 0,7 volts do sinal para si quando conduzindo diretamente. A divisão por é utilizada para tirar a média deste sinal pulsante. A forma de onda na entrada e na saída deste retificador está mostrada abaixo.

|Obs.: Eu particularmente não gosto de dar fórmulas sem mostrar de onde elas vêm. Isto por que eu não gosto de aprender fórmulas sem saber de onde elas vêm. Porém a demonstração da fórmula acima, e de algumas outras que virão neste post, são um pouco longas demais. Mas para você, estudante ávido e curioso, eu prometo fazer uma postagem especial mostrando de como tais fórmulas podem ser deduzidas. Porém já adianto um pequeno fato: tais demonstrações necessitam de um conhecimento básico de cálculo, principalmente de integração.|

Porém há o problema da baixa eficiência, que eu já comentei. Perceba onde tal problema se encontra. Se eu possuo um trafo de 15V no secundário, e retificar esse sinal com o retificador apresentado, minha tensão média na saída será de apenas 6,52V. Tais valores demonstram que estamos usando somente 43,5% da capacidade do transformador. Esta baixa eficiência limita bastante o uso de tal sistema de retificação, mas ele encontra algumas aplicações em circuitos específicos.

* Retificador de Onda-Completa com 2 Diodos:

Este retificador consiste de dois diodos, e tem capacidade de retificar tanto o semiciclo positivo quanto o negativo. As figuras abaixo mostram o esquema do retificador e a forma de seu sinal de saída.

A característica desse retificador é a retificação completa. Uma consequência disso consiste que a frequência de saída é o dobro da frequência de entrada. Este fato é uma grande vantagem, como será visto quando estudarmos os filtros com capacitor. Você também pode perceber que, de alguma forma, a tensão de saída deste retificador é o dobro do retificador de meia onda. Isso é realmente verdade, e esse fato se reflete matematicamente. Com isso, a fórmula para calcular a tensão cc média na saída corresponde ao dobro da fórmula anterior, ficando assim:



Este retificador possui uma tensão média maior, por retificar os dois semiciclos do sinal senoidal. Porém, a desvantagem deste retificador continua sendo o mau aproveitamento do transformador. Para obtermos um sinal médio cc na saída de 13V necessitamos de um trafo de 30V (que corresponde ao de 15+15)!!! Isso significa aproveitar somente 43,3% da capacidade máxima do transformador. Mas por que o trafo precisa ser de 15+15? Por que esse retificador necessita da derivação central do transformador (chamada algumas vezes de central tape). Novamente, a falta de eficiência é o principal problema deste sistema de retificação.

* Retificador de Onda Completa em Ponte (com 4 Diodos):

O retificador de onda completa com 4 diodos, popularmente conhecido por retificador em ponte, é o que encontra maior aplicação prática. Isso porque ele resolveu o problema da falta de eficiência encontrado pelos outros dois métodos de retificação.

Ele consiste de 4 diodos montados da forma que a figura abaixo mostra. Esse circuito faz a retificação completa do sinal, da mesma forma que a retificação de dois diodos, porém seu grande trunfo é não ter a necessidade de um transformador com central tape. Tal característica constitui sua maior vantagem.

Para calcular o valor cc médio do sinal pode-se usar uma fórmula parecida com a que usamos para o retificador com dois diodos, porém precisamos fazer algumas modificações. Perceba que a corrente, ao ser retificada, passa sempre por 2 diodos. Isso deriva do fato que, em cada semiciclo, existem dois diodos conduzindo simultaneamente. Isso ocasiona uma queda de tensão de 1,4V, contra os 0,7V das outras formas de retificação. Com isso, a fórmula da tensão média fica da seguinte maneira.



Mesmo com essa queda de tensão, podemos mostrar a eficiência dessa retificação. Com um trafo simples de 15V (e não de 15+15!) podemos conseguir uma tensão média de 12,6V. Isso dá um aproveitamento de tensão do trafo de 84%!!!

Outra característica desse tipo de retificação é o custo. Por usar dois diodos a mais, custa duas vezes mais. Claro que um diodo não é caro (não passa de 10 centavos o 1N4007 em alguns sites), mas para uma eventual produção em massa tal fator deve ser levado em conta. Porém, esse fato geralmente não é uma desvantagem, pois para usar a retificação completa com dois diodos, necessita-se de um trafo de maior tensão, que em geral é mais caro. Portanto, os diodos acabam saindo mais barato que o uso de outro transformador.

Porém, para concluir, devo dizer que retificação não é tudo. O sinal de saída dos retificadores é uma tensão contínua pulsante, que não serve para a maioria dos circuitos eletrônicos. Isso porque alguns componentes (como o transistor) necessitam, de modo geral, de uma polarização com tensão fixa. Então o próximo passo é tornar essa tensão contínua pura. Para isso, veremos mais adiante alguns tipos de filtros, principalmente os capacitivos, e depois os reguladores. Mas isso é assunto para as próximas postagens. Até lá se cuidem e não deixem de estudar...

Mas, por que "I"?

Eu estava na escola, último ano, aprendendo os temidos números complexos. Então a professora explicou que a unidade imaginária é chamada de i (suponho eu que venha de imaginário, imaginary ou alguma palavra em latim para imaginário). Então meu amigo disse que em eletricidade se usa a letra "j" para representar a unidade imaginária, pois a letra "i" já estava reservada para representar a corrente elétrica. Então uma colega perguntou por que a letra "i" representava corrente. E eu, de metido que sou, ouvi a conversa e estava pronto para responder quando percebi que... eu não sabia!!!

Que sensação incrível a de não saber... Ao mesmo tempo em que nos faz perceber que somos limitados nos dá a incrível oportunidade de aprender. Então fui perguntar para o ombro amigo que está sempre disponível para me ajudar: O Google!

Todos nós sabemos que a unidade de corrente elétrica é o ampère, nome dado em homenagem ao cientista francês André-Marie Ampère. O uso da letra "i" para representar a corrente também veio do francês, pois o termo francês utilizado para se referir a corrente elétrica é intensité électrique. Então, dessa forma, a abreviação do nome da corrente ficou "i", e a abreviação para a unidade da corrente ficou A, de Ampère.

E com isso tirei mais uma dúvida da minha cabeça, que poderá descansar em paz até que a próxima surja. Quando isso acontecer, irei agarrar a oportunidade de aprender mais uma coisa nova e, quem sabe, dividir aqui com vocês.

E antes que eu me esqueça, a referência bibliográfica da história do uso de "i" para corrente vem do livro  "Introdução à Análise de Circuitos", 10ª edição, página 25, de Robert L. Boylsetad (um ótimo livro!). Com isso encerro minha postagem deixando aquele característico abraço e desejando uma boa semana. Até a próxima!

A Verdade sobre Wpmpo

Muitos de nós já vimos, em propagandas, uma medida de potência chamada . Aparelhos pequenos de som que possuem 220 chegam a possuir 2200 , outros ainda possuem muito mais. O que poucos de nós sabemos é a verdade por trás dessa unidade de potência. Mas isso é algo que espero mudar com este post. Primeiro, vamos esclarecer algumas siglas:

PMPO é a sigla inglesa que significa Peak Music Power Output, ou se traduzirmos, significa Pico de Potência Musical na Saída.

RMS é a sigla inglesa para Root Mean Square, que significa, traduzindo, Raiz Média Quadrada, que é um método de extrair a média de um sinal, que corresponde ao seu valor eficaz.

Agora note que, no fim da explicação da sigla RMS existe uma palavrinha pequena, mas de importância fundamental: eficaz. A medida RMS mede um valor eficaz, um valor que corresponde a um tipo de média. Um aparelho que indique 220 (quando testado e aprovado por órgãos competentes de regulamentação) poderá fornecer 220 watts de potência durante um longo período de tempo sem distorção do sinal sonoro. Esse é o significado do valor RMS. Entretanto, do outro lado...

...Temos o valor PMPO. Ele representa um valor de pico. Neste caso, quer dizer que, se por décimos de milésimos de segundo, "uma vez na vida outra na morte", o equipamento te der 2200 W, sua potência PMPO é de 2200 !!! Isso não tem muito sentido técnico, pois não é algo frequente (não é algo eficaz), mas para o marketing é excelente, pois 2200 é muito maior (e mais chamativo) que 220! Outra coisa que eles não te contam: enquanto 220 é a potência eficaz (sem distorção), a potência PMPO não te dá garantia de um som bom. Ou seja, poderão ser 2200 W de ruído!

Existe também outro grande problema com a potência PMPO: não existe uma forma padronizada de medir seu valor. Ou seja, é um tipo de medição que cada um faz como quer e põe o que bem entender na embalagem do produto. Isso quer dizer que eles estão te enganando? Não!!! Eles fazem isso por que sabem que serão poucos os consumidores que realmente pesquisarão o que PMPO significa. Abaixo há uma imagem que ilustra bem o conceito de .

Então, se você comprar um equipamento de 10000 , isso quer dizer que se amanhã chover e os planetas se alinharem perfeitamente com o centro da galáxia pode ser que quem sabe um dia esse aparelho possa vir a produzir um som extremamente distorcido, durante milésimos de segundo, com uma potência de 10000W!!! Agora que você sabe a verdade me diga: é isso mesmo o que você quer?

Espero que eu tenha esclarecido esse tema que é importante. Muitos não sabem a definição de PMPO, inclusive alguns vendedores. Então não se deixe levar pelos números grandes, tão adorados pelo marketing. De que adianta um grande número que não significa coisa alguma? Bem, era isso por hoje. Deixo aquele abraço, desejo uma boa semana e até a próxima.

Correntes no Diodo

Olá a todos. Hoje vou falar sobre um tópico meio "sem importância", mas que é interessante. São os tipos de correntes que aparecem no diodo. Apesar disso não ter muita aplicação prática para um técnico, essas informações ajudam a entender e se familiarizar um pouco mais com o diodo, que é um componente fundamental na eletrônica.

Corrente Direta

A corrente direta é aquela que aparece quando aplicamos uma tensão suficientemente grande para vencer a barreira de potencial de um diodo diretamente polarizado. No caso do diodo de silício (o mais comum) equivale a 0,7V enquanto nos diodos de germânio é 0,3V. A corrente direta se deve pelos portadores de cargas majoritários, que são os elétrons nos materiais tipo N e as lacunas nos materiais tipo P.

Corrente Reversa de Transiente

Quando aplicamos um potencial elétrico em um diodo reversamente polarizado, a sua barreira de potencial se expande, até se estabilizar. O movimento das cargas enquanto as mesmas se afastam da junção é chamado corrente reversa de transiente, e dura apenas alguns microsegundos, portanto na grande maioria das aplicações práticas é irrelevante.

Corrente de Saturação Reversa

A energia térmica, ou seja, a agitação dos átomos do cristal, podem eventualmente criar pares de elétrons-lacunas nos materiais do diodo. Isso se dá quando a agitação faz com que um elétron adquira a energia necessária para saltar de sua posição, deixando ali uma lacuna. Alguns instantes depois o elétron volta a preencher seu lugar e ocorre o fenômeno de recombinação.

Dessa forma, pode haver alguns elétrons livres no material tipo P e algumas lacunas no material tipo N, que são conhecidos como portadores de cargas minoritários. Se polarizarmos o diodo reversamente, esses elétrons e lacunas irão conduzir corrente elétrica. Quanto maior a energia térmica, mais pares elétrons-lacunas são formados e maior será a corrente associada a essas cargas. Essa corrente recebe o nome de corrente de saturação reversa.

Quantificando de uma forma aproximada, podemos dizer que a corrente de saturação reversa dobra com um aumento de temperatura de 10°C. Um método mais aproximado consiste em dizer que a corrente de saturação reversa aumenta 7% a cada 1°C. Os datasheets em geral informam o valor da corrente de saturação para uma determinada temperatura, permitindo ao usuário efetuar os cálculos para outros valores de temperatura.

Corrente de Fuga de Superfície

Pense na ligação covalente dos átomos que compõem o semicondutor. Essa ligação necessita de 4 elétrons ao redor para completar os átomos de silício. Porém, nas "bordas" do diodo não existem mais átomos que forneçam esses elétrons, por isso é como se houvesse uma fina camada de material tipo P (aquele onde "faltam" elétrons) cobrindo o diodo. Essa camada imaginária possui portadores de cargas livres e conduzem uma pequena parcela de corrente, que chamamos de corrente de fuga de superfície.

Basicamente são essas as correntes do diodo, que nos ajudam a compreender melhor o seu funcionamento. A maioria das correntes não são levadas em conta pelo técnico, mas como eu gosto de curiosidades e de entender as coisas um pouco mais a fundo, acho esse estudo interessante. E com isso encerro o post de hoje, deixando aquele abraço... Até a próxima!!!

Reflexões sobre a Vida

Eu sei que isso não tem nada haver com eletrônica, mas isto é um blog e eu me sinto no direito de falar um pouco sobre como eu me sinto... :\

Agora pouco eu estava meio triste com algumas coisas que andaram acontecendo, mas principalmente com quanta coisa aconteceu nesse ano. Muitas coisas ruins de verdade aconteceram, não só comigo, mas com algumas pessoas que eu gosto muito. Então, para me animar um pouco eu botei a música Let It Be, dos Beatles e abri a janela para ver o Sol e o dia lindo que faz lá fora. Dizem que não importa o quão longa seja a tempestade, o Sol sempre vai voltar a brilhar alguma hora... é... acho que é algo assim que falam...

Mas às vezes a tempestade é tão longa que a gente se esquece como é sentir o calor do Sol, como é sua luz. Mas a vida é uma eterna fonte de surpresas, muitas ruins, mas também muitas boas. Quantas pessoas incríveis conhecemos ao longo do tempo, quantas coisas conquistamos e quantos sonhos alcançamos. E pensar nisso deve nos dar força para continuar.

É claro que sempre haverá coisas que não conseguiremos mudar, perguntas para as quais nunca conseguiremos respostas, objetivos que talvez não conseguiremos alcançar e com certeza muitas pedras no caminho, mas... o que fazer com essas coisas que não podemos controlar, que simplesmente acontecem? Então escutei aquele refrão poético, que por si só já diz tudo...

"There will be an answer...
Let it be..."

Farewell Steve Jobs

Faleceu ontem Steve Jobs. Notícia que por algum motivo me abalou; o que me surpreendeu, pois dificilmente sinto quanto alguém famoso morre. Mas com ele foi diferente... Talvez por ele ser um homem com visão tão enraizada no futuro seja difícil imaginar sua morte.

Pensar que ele foi um dos pioneiros da computação. Estava entre o seleto grupo de pessoas que construíram o conceito do computador pessoal e da tecnologia acessível a população em geral. Que começou numa garagem o que seria o futuro, o que seria uma empresa bilionária. Que teve a coragem de ir adiante com suas ideias, com seus sonhos e com suas visões. Imaginar que aventura foi viver a juventude no movimento hippie, morar no vale do silício e abrir uma empresa com apenas dois funcionários cuja imaginação beirava a loucura.

Para não me prolongar mais, quero terminar com o seguinte trecho de seu famoso discurso em uma formatura na universidade de Stanford.

"Minha terceira história é sobre a morte.

Quando eu tinha 17 anos, eu li uma frase que era algo assim: 'Se você viver cada dia como se fosse o último, algum dia você estará certo.' Aquilo me impressionou, e desde então, nos últimos 33 anos, eu olho para mim mesmo no espelho todas as manhãs e me pergunto: 'Se hoje fosse meu último dia, eu gostaria de fazer o que farei hoje?' E se a resposta for 'não' por muitos dias seguidos, sei que preciso mudar alguma coisa.

Lembrar que estarei morto em breve é a ferramenta mais importante que já encontrei para me ajudar a tomar grandes decisões. Porque quase tudo - expectativas externas, orgulho, medo de passar vergonha ou falhar - caem diante da morte, deixando apenas o que é importante. Não há razões para não seguir o seu coração.

Lembrar que você vai morrer é a melhor maneira que eu conheço para evitar a armadilha de pensar que você tem algo a perder. Você já está nu. Não há razão para não seguir seu coração.

Há um ano, eu fui diagnosticado com câncer. Era 7h30 da manhã e eu tinha uma imagem que mostrava claramente um tumor no pâncreas. Eu nem sabia o que era um pâncreas!

Os médicos me disseram que aquilo era certamente um tipo de câncer incurável, e que eu não deveria esperar viver mais do que três a seis semanas. Meu médico me aconselhou a ir para casa e arrumar minhas coisas - que é o código dos médicos para 'se preparar para morrer'. Significa tentar dizer as suas crianças em alguns meses tudo aquilo que você pensou ter os próximos 10 anos para dizer. Significa dizer adeus.

Eu vivi com aquele diagnóstico a manhã inteira. Depois, a tarde, eu fiz uma biópsia, em que eles enfiaram um endoscópio pela minha garganta, através do meu estômago e pelos intestinos. Colocaram uma agulha no meu pâncreas e tiraram algumas células do tumor. Eu estava sedado, mas minha mulher, que estava lá, contou que quando os médicos viram as células em um microscópio, começaram a chorar. Era uma forma muito rara de câncer pancreático que podia ser curada com cirurgia. Eu fui operado e agora estou bem.

Isso foi o mais perto que eu estive de encarar a morte e eu espero que seja o mais perto que vou ficar pelas próximas décadas. Tendo passado por isso, posso agora dizer a vocês, com um pouco mais de certeza do que quando a morte era apenas um conceito abstrato: ninguém quer morrer. Até mesmo as pessoas que querem ir para o céu não querem morrer para chegar lá.

Ainda assim a morte é o destino que todos nós compartilhamos. Ninguém nunca conseguiu escapar. E assim é como deve ser, porque a morte é muito provavelmente a principal invenção da vida. Ela limpa o velho para abrir caminho para o novo. Nesse momento, o novo são vocês. Mas algum dia, não muito distante, vocês gradualmente se tornarão velhos e serão varridos. Desculpem-me por ser tão dramático, mas essa é a verdade.

O seu tempo é limitado, então não o gaste vivendo a vida de um outro alguém;

Não fique preso pelo dogma, que é viver com os resultados da vida de outras pessoas.

Não deixe que o barulho da opinião dos outros cale a sua própria voz interior.

E o mais importante: tenha coragem de seguir seu próprio coração e a sua intuição. Eles de alguma maneira já sabem o que você realmente quer se tornar. Todo o resto é secundário.

Quando eu era pequeno, uma das bíblias da minha geração era o Whole Earth Catalog. Foi criado por um sujeito chamado Stewart Brand em Menlo Park, não muito longe daqui. Ele o trouxe à vida com seu toque poético. Isso foi no final dos anos 60, antes dos computadores e dos programas de paginação. Então tudo era feito com máquinas de escrever, tesouras e câmeras Polaroid.

Era como o Google em forma de livro, 35 anos antes de o Google aparecer. Era idealista e cheio de boas ferramentas e noções. Stewart e sua equipe publicaram várias edições de Whole Earth Catalog e, quando ele já tinha cumprido sua missão, eles lançaram uma edição final. Isso foi em meados de 70 e eu tinha a idade de vocês.

Na contracapa havia uma fotografia de uma estrada ensolarada do interior, daquele tipo por onde você poderia se achar pedindo carona se fosse aventureiro. Abaixo, estavam as palavras:

'Continue faminto, continue bobo.'

Foi a mensagem de despedida deles. Continue faminto. Continue bobo. E eu sempre desejei isso para mim mesmo. E agora, que vocês estão se formando e começando de novo, eu desejo isso para vocês. Continuem famintos. Continuem bobos.

Obrigado"

E esse foi o discurso dele, a mensagem que ele passava para nós, o novo. Há muito o que pensar em suas palavras e, para encerrar o post eu queria reforçar suas palavras: Continuem famintos, continuem bobos...