Passo 1 de 7
Meia onda: condução e bloqueio
Identifique a condução e o bloqueio em um retificador de meia onda, acompanhando o caminho da corrente pela carga.
Trilha de aprendizado · Nível 5 · Tutorial 4
Prever os caminhos de corrente e as formas de onda de retificadores de meia onda e em ponte, considerando as quedas dos diodos e os limites de fontes alternadas isoladas de baixa tensão.
Meia onda: condução e bloqueio
Identifique a condução e o bloqueio em um retificador de meia onda, acompanhando o caminho da corrente pela carga. 3 min
Forma de onda, pico e frequência na meia onda
Relacione os intervalos de condução da meia onda à forma de onda pulsante e determine seu pico e sua frequência. 2 min
Ponte: dois caminhos, mesma polaridade
Acompanhe os pares de diodos que conduzem em uma ponte e veja por que a corrente mantém o sentido na carga. 3 min
Saída da ponte e comparação com a meia onda
Compare a forma de onda, o pico e a frequência dos pulsos na ponte e na retificação de meia onda. 3 min
Tensão reversa nos diodos sem filtragem
Estime a tensão reversa de pico em diodos de retificadores de meia onda e em ponte sem capacitor de filtragem. 2 min
Referências de medição: onde pode surgir um curto
Analise referências de instrumentos como conexões reais para evitar unir indevidamente a entrada e a saída de uma ponte. 3 min
Aplicação final: prever a saída e validar a medição
Aplique os modelos de meia onda e ponte a uma mesma fonte isolada de baixa tensão e valide uma decisão de medição segura. 5 min
Passo 1 de 7
Identifique a condução e o bloqueio em um retificador de meia onda, acompanhando o caminho da corrente pela carga.
Neste tutorial, vamos analisar retificadores com entrada senoidal sem componente contínua, carga puramente resistiva e sem capacitor de filtragem. Assim, a tensão e a corrente podem variar ao longo de cada ciclo.
Começaremos pelos esquemas e curvas, sem precisar montar o circuito. Se você observar sinais reais em algum momento, use somente uma fonte alternada com pico de até 10 V, isolamento documentado e energia limitada. Não faça intervenções na rede elétrica.
Dica
A ausência de capacitor é importante: a carga não armazena energia neste modelo. A saída será determinada, instante a instante, pelo estado do diodo e pela tensão da fonte.
Atenção
Não conecte este estudo diretamente à tomada, a transformadores ligados à rede ou a fontes sem isolamento confirmado. Uma fonte de baixa tensão só é adequada quando seu isolamento e seus limites são documentados.
O retificador de meia onda tem uma fonte alternada, um diodo e um resistor de carga em série. Adote a tensão de saída v_saida com “+” no topo do resistor e “−” em sua base.
Quando o terminal superior da fonte está instantaneamente positivo, ele tende a polarizar diretamente o ânodo do diodo. Se a tensão disponível supera a queda direta considerada, há um único caminho de corrente: fonte → diodo → resistor → retorno à fonte.
Nesse intervalo, a corrente convencional atravessa o resistor de cima para baixo. Portanto, o topo da carga fica positivo em relação à base.
Com polaridade favorável, o diodo entra em condução e a corrente atravessa a carga no sentido adotado.
No semiciclo oposto, o terminal superior da fonte fica instantaneamente negativo. O diodo passa a ficar polarizado reversamente e bloqueia o percurso em série.
No modelo usado aqui, a corrente na carga é aproximadamente nula nesse intervalo. Sem corrente no resistor, a tensão nele também fica aproximadamente nula. Note que isso não significa que a fonte parou: apenas o diodo impede a corrente no circuito de carga.
A referência “+” no topo e “−” na base do resistor continua sendo a mesma; ela é uma convenção para interpretar a saída.
Com polaridade oposta, o diodo bloqueia: não há percurso fechado de corrente pela carga.
Considere o retificador de meia onda com o diodo orientado da fonte para o resistor. No instante mostrado, o terminal superior da fonte está positivo e o inferior está negativo.
Qual descrição está correta?
Escolha a descrição correta para esse instante.
Passo 2 de 7
Relacione os intervalos de condução da meia onda à forma de onda pulsante e determine seu pico e sua frequência.
No retificador de meia onda, a saída acompanha apenas o intervalo em que o diodo conduz. Com a polaridade da carga adotada no step anterior, isso ocorre no semiciclo positivo quando a senoide supera a queda direta V_F.
No semiciclo negativo, o diodo bloqueia. Assim, a tensão na carga fica aproximadamente nula nesse intervalo. O resultado não é tensão contínua constante: é uma tensão pulsante, sempre com a mesma polaridade na carga, mas variável no tempo.
A saída só aparece quando a entrada supera V_F; por isso há um pequeno trecho nulo antes e depois de cada pulso.
Usando o modelo de queda direta constante fornecida para o diodo, escreva a saída como:
v_saída ≈ máx(0, v_entrada − V_F)
O operador máx(0, ...) representa dois comportamentos: se a entrada não vencer V_F, a saída é aproximadamente 0 V; se vencer, a saída é a tensão de entrada menos a queda do diodo. Não substitua V_F automaticamente por um valor fixo: use o valor informado no problema ou na condição de operação.
Exemplo
Uma fonte tem V_pico,entrada = 8,0 V. Para a corrente analisada, o diodo apresenta V_F = 0,6 V.
No pico positivo:
V_pico,saída ≈ máx(0, 8,0 − 0,6)
V_pico,saída ≈ 7,4 V
No semiciclo negativo, a saída permanece aproximadamente em 0 V. Portanto, o pico da saída é menor que o pico da entrada por uma queda direta.
Considere uma entrada senoidal e uma saída de meia onda sem capacitor, usando um diodo com queda direta V_F. Qual gráfico mostra corretamente a tensão na carga?
Na meia onda, cada ciclo completo da senoide de entrada produz um único pulso de saída, desde que o pico consiga superar V_F. Portanto:
f_pulsos = f_entrada
Agora use os dados de cada questão. O valor de V_F fornecido vale apenas para o respectivo caso.
Uma fonte tem pico de 9,0 V e o diodo apresenta V_F = 0,8 V nas condições analisadas. O pico aproximado da saída é _.
Com uma fonte senoidal de 50 Hz alimentando uma meia onda com condução, a frequência dos pulsos de saída é _.
Passo 3 de 7
Acompanhe os pares de diodos que conduzem em uma ponte e veja por que a corrente mantém o sentido na carga.
Uma ponte retificadora tem quatro diodos, dois terminais de entrada alternada (A e B) e dois terminais de saída para a carga: + e −.
A saída + é o nó onde se unem os cátodos de dois diodos. A saída − é o nó onde se unem os ânodos dos outros dois. A carga é ligada entre + e −.
Vamos nomear os diodos assim:
Em cada semiciclo, dois diodos formam o caminho condutor completo pela carga.
O encontro dos cátodos define +; o encontro dos ânodos define −.
Dica
Não existe um único diodo que retifique a ponte inteira. O caminho sempre inclui dois diodos em série com a carga. Portanto, durante a condução, há duas quedas diretas no percurso.
Exemplo
Considere primeiro o instante em que A está mais positivo que B.
D1 fica diretamente polarizado e leva a corrente de A até a saída +. Após atravessar a carga, a corrente sai pelo terminal −, passa por D4 e retorna a B.
Percurso: A → D1 → + → carga → − → D4 → B
D2 e D3 ficam bloqueados nesse instante.
Exemplo
No semiciclo oposto, B está mais positivo que A. Agora o par condutor muda:
Percurso: B → D2 → + → carga → − → D3 → A
D1 e D4 ficam bloqueados. Embora a fonte tenha invertido sua polaridade entre A e B, a corrente na carga continua indo de + para −.
Assim, cada caminho condutor inclui dois diodos e a carga, mas o sentido na carga não se inverte.
O par de diodos muda, mas o sentido de corrente na carga permanece de + para −.
Associe a polaridade instantânea da entrada ao par que fecha o caminho pela carga. Use os nomes D1 a D4 apresentados no esquema.
Faça as associações.
Toque em um item e depois no par correspondente.
Agora acompanhe um percurso completo, sem consultar uma lista de respostas. Ordene os trechos da corrente quando A está instantaneamente mais positivo que B.
Ordene o percurso da corrente.
Passo 4 de 7
Compare a forma de onda, o pico e a frequência dos pulsos na ponte e na retificação de meia onda.
Na ponte, os dois semiciclos da senoide são aproveitados. Quando a entrada troca de polaridade, troca também o par de diodos que conduz — mas a corrente atravessa a carga sempre no mesmo sentido.
Por isso, a tensão na carga mantém a polaridade adotada na saída. Ela ainda varia ao longo do tempo: perto das passagens da senoide por zero, não há tensão suficiente para vencer as duas quedas diretas e a saída fica aproximadamente nula.
Sem capacitor de filtragem, isso é uma tensão pulsante; não é uma tensão contínua aproximadamente constante.
Cada semiciclo da entrada gera um pulso positivo na saída da ponte.
Considerando que os dois diodos condutores têm a mesma queda direta V_F, o modelo da ponte é:
v_saída ≈ máx(0, |v_entrada| − 2V_F)
O valor absoluto representa o aproveitamento do semiciclo negativo pela carga. O termo 2V_F aparece porque a corrente sempre passa por dois diodos em série.
Assim, para o pico:
V_pico,saída ≈ máx(0, V_pico,entrada − 2V_F)
Use o valor de V_F fornecido para as condições do problema; não suponha uma queda universal.
Exemplo
Uma fonte tem V_pico,entrada = 8,0 V. Em cada caminho da ponte, dois diodos apresentam V_F = 0,7 V.
V_pico,saída ≈ 8,0 − 2 × 0,7
V_pico,saída ≈ 6,6 V
O resultado só é um pico de condução porque a entrada supera as duas quedas diretas, como ocorre neste caso.
Se a frequência da fonte é f_entrada, a ponte produz dois pulsos por ciclo: um em cada semiciclo da senoide. Logo, quando há condução:
f_pulsos = 2 × f_entrada
Por exemplo, uma entrada de 60 Hz produz pulsos de saída a 120 Hz. Isso descreve a repetição dos pulsos; não significa que a saída tenha se tornado constante.
Para a mesma fonte senoidal e a mesma carga resistiva, compare as configurações sem capacitor de filtragem.
| Característica | Meia onda | Ponte |
|---|---|---|
| Diodos no percurso | 1 | 2 |
| Pico aproximado | V_pico − V_F | V_pico − 2V_F |
| Semiciclos aproveitados | 1 | 2 |
| Pulsos por ciclo | 1 | 2 |
| Frequência dos pulsos | f_entrada | 2 × f_entrada |
| Saída sem condução | Todo semiciclo oposto | Pequenos intervalos perto de zero |
Agora calcule para um caso novo, sem capacitor e com carga resistiva. A fonte tem 9,5 V de pico e frequência de 50 Hz. Cada diodo da ponte apresenta V_F = 0,65 V nas condições analisadas.
Determine primeiro o pico da saída. Em seguida, determine a frequência dos pulsos. Lembre-se: o caminho da ponte tem dois diodos, e os dois semiciclos produzem pulsos.
Para esse caso, o pico aproximado da saída da ponte é _.
Para esse caso, a frequência dos pulsos na saída é _.
Passo 5 de 7
Estime a tensão reversa de pico em diodos de retificadores de meia onda e em ponte sem capacitor de filtragem.
Quando um diodo está bloqueado, a tensão reversa é a diferença de potencial entre seus terminais que o polariza no sentido contrário à condução. Ela não é, necessariamente, igual à tensão na carga.
Para analisar o limite reverso, localize o diodo bloqueado e compare o potencial do cátodo com o do ânodo. O maior valor dessa diferença ao longo do ciclo é a solicitação reversa de pico.
Este step considera somente carga resistiva e nenhum capacitor de filtragem. Portanto, não estenda estas estimativas a circuitos com capacitor em paralelo com a carga.
A solicitação é avaliada diretamente entre ânodo e cátodo do diodo que está bloqueado.
Na meia onda, durante o semiciclo bloqueado, a corrente é aproximadamente nula. Assim, a queda no resistor de carga também é aproximadamente nula. Quase toda a tensão instantânea da fonte aparece reversamente sobre o diodo.
No pico desse semiciclo, a estimativa é:
V_R,pico ≈ V_pico,entrada
No modelo ideal, essa igualdade é exata. Com o modelo de queda direta constante, usar o pico da entrada continua sendo uma estimativa conservadora simples para conferir o limite reverso.
Exemplo
Uma fonte tem 8 V de pico e alimenta um retificador de meia onda sem capacitor.
No pico do semiciclo bloqueado, o diodo fica sujeito a aproximadamente 8 V reversos. Um diodo com tensão reversa repetitiva máxima de 50 V suporta essa solicitação com ampla margem; ainda assim, a escolha final também depende de corrente, dissipação e condições reais de uso.
Em um retificador de meia onda sem capacitor, com entrada de 6 V de pico, estime o pico de tensão reversa no diodo: ___ V.
Complete a estimativa.
Na ponte, em cada semiciclo há dois diodos conduzindo e dois bloqueados. Embora a corrente siga por um par, cada diodo do par bloqueado fica sujeito a uma tensão reversa da ordem do pico da fonte.
Sem capacitor de filtragem:
V_R,pico por diodo ≈ V_pico,entrada
Não some as duas quedas diretas do caminho condutor a esse valor para escolher o limite reverso. Para esta análise sem filtragem, adotar o pico de entrada como solicitação por diodo é uma estimativa conservadora.
Uma ponte recebe uma senoide de 10 V de pico, sem capacitor. Cada diodo tem limite reverso repetitivo de 12 V.
Qual conclusão é a mais adequada?
Escolha a avaliação correta.
Para retificadores sem capacitor e com carga resistiva:
A presença de um capacitor altera o comportamento do circuito e será tratada separadamente no próximo tutorial.
Passo 6 de 7
Analise referências de instrumentos como conexões reais para evitar unir indevidamente a entrada e a saída de uma ponte.
Em uma ponte retificadora, os dois terminais marcados como entrada CA pertencem à fonte, enquanto os terminais + e − pertencem à saída. O terminal − da saída não é automaticamente igual a nenhum terminal da entrada.
A ponte mantém a polaridade na carga, mas não cria isolamento galvânico entre entrada e saída: há diodos conectando esses nós. Antes de prender qualquer garra de terra, trate-a como uma conexão elétrica real, e não como um detalhe do instrumento.
Os quatro terminais têm funções diferentes. A ligação entre eles ocorre somente pelos caminhos que incluem os diodos.
Atenção
Uma fonte CA isolada pode limitar o risco de contato com a rede, mas isso não torna as garras de terra de canais de um osciloscópio independentes. Consulte o manual do instrumento: em muitos equipamentos, as referências dos canais e conexões como USB estão eletricamente unidas.
Considere uma ponte alimentada por uma fonte CA isolada. Um canal mede um terminal de entrada em relação ao outro. Outro canal tenta medir a saída, prendendo sua garra no terminal − da ponte.
Se as garras dos canais forem comuns, elas unem diretamente o terminal de entrada escolhido ao terminal − da saída. Essa união acrescenta um fio ao circuito que não existia no esquema.
À esquerda, as referências comuns inserem uma conexão entre nós diferentes. À direita, a medição diferencial é feita entre + e − da saída.
Atenção
Quando essa ligação une um terminal de entrada ao − da saída, ela pode contornar um dos diodos. Em um dos semiciclos, isso pode formar um caminho de baixa resistência pela fonte e pela conexão de terra — isto é, um curto indevido.
Não faça a conexão para “ver se funciona”. Analise o diagrama primeiro.
Qual configuração deve ser rejeitada, supondo que os dois canais do osciloscópio têm garras de terra eletricamente comuns?
Configuração A: canal 1 com garra no terminal CA esquerdo e ponta no terminal CA direito; canal 2 com garra no − da saída e ponta no + da saída.
Você precisa observar a tensão entre + e − da saída de uma ponte. Qual é a decisão prudente?
Qual opção expressa uma decisão segura?
Em uma frase, complete o raciocínio: se uma garra de referência está em um terminal da entrada CA e outra garra compartilhada está no − da ponte, quais nós passam a estar unidos e por que você não deve fazer essa conexão?
Escreva pelo menos 80 caracteres (0/80).
Passo 7 de 7
Aplique os modelos de meia onda e ponte a uma mesma fonte isolada de baixa tensão e valide uma decisão de medição segura.
Considere duas montagens separadas, ambas sem capacitor de filtragem e com carga resistiva:
Na ponte, os terminais da fonte são A e B. Os diodos são:
Analise primeiro os caminhos, as curvas e os limites. Não conecte instrumentos: esta é uma análise por esquemas.
Use os mesmos 8,0 V de pico, 60 Hz e V_F = 0,7 V para prever cada saída.
Na ponte do caso, em um instante em que A está mais positivo que B, qual par conduz pela carga?
Agora escolha a curva da ponte. Lembre-se de que os dois semiciclos podem produzir saída, mas cada percurso condutor contém dois diodos. Próximo às passagens por zero, a tensão ainda não vence as duas quedas diretas e a saída é aproximadamente nula.
Qual curva representa a tensão na carga da ponte?
Com os dados do caso, qual conjunto reúne corretamente os picos de saída e as frequências dos pulsos?
Sem capacitor, estime a tensão reversa de pico em cada diodo bloqueado da meia onda ou da ponte neste caso: _
Antes de uma medição, trate cada garra de referência como um fio real. Se dois canais têm referências comuns, suas garras unem os nós onde forem presas. Para observar a tensão entre + e −, uma ponta diferencial apropriada só pode ser usada dentro de seus limites e conforme o manual.
Qual desenho mostra uma conexão que deve ser rejeitada?
Escolha a configuração que deve ser rejeitada se as garras dos canais forem eletricamente comuns.
Agora compare sua análise com os resultados do caso. Estes valores valem para carga resistiva e sem capacitor de filtragem.
Resultados aproximados obtidos pelo modelo de queda direta constante.
| Topologia | Diodos no caminho | Pico na carga | Pulsos | Tensão reversa |
|---|---|---|---|---|
| Meia onda | 1 | 7,3 V | 60 Hz | ≈ 8,0 V |
| Ponte | 2 | 6,6 V | 120 Hz | ≈ 8,0 V |
Resumo
Retificar mantém a polaridade escolhida na carga, mas não elimina a variação temporal da tensão.
A meia onda usa um diodo no percurso e gera um pulso por ciclo. A ponte usa dois diodos por percurso e gera dois pulsos por ciclo; por isso perde duas quedas diretas no pico. Sem capacitor, a saída continua pulsante e a tensão reversa por diodo é da ordem do pico de entrada.
Antes de medir uma ponte, referências compartilhadas devem ser tratadas como conexões reais entre nós. Sem compatibilidade comprovada, não conecte pontas comuns em nós diferentes; use somente uma solução diferencial apropriada e conforme o manual.
No próximo tutorial, você verá como um capacitor altera essa forma de onda pulsante.
Parabéns! Você concluiu: Retificação de meia onda e em ponte
Muito bem! Você pode prever percursos, formas de onda, picos, frequência dos pulsos, tensão reversa e conexões de medição que devem ser evitadas.
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