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...