O que é um retificador de ponte: diagrama de circuito e seu funcionamento

O que é um retificador de ponte: diagrama de circuito e seu funcionamento

O circuito retificador é usado para converter AC (corrente alternada) em DC (corrente contínua). Os retificadores são classificados principalmente em três tipos: retificador de meia onda, onda completa e ponte. A função principal de todos esses retificadores é a mesma que a conversão de corrente, mas eles não convertem eficientemente a corrente CA para CC. O retificador de onda completa com derivação central, bem como o retificador em ponte, convertem com eficiência. Um circuito retificador em ponte é uma parte comum das fontes de alimentação eletrônicas. Vários Circuitos eletrônicos requer um DC retificado fonte de energia para alimentar os vários componentes eletrônicos básicos da fonte de alimentação AC disponível. Podemos encontrar este retificador em uma grande variedade de eletrônicos Dispositivos de energia AC, como eletrodomésticos , controladores de motor, processo de modulação, aplicações de soldagem, etc. Este artigo discute uma visão geral de um retificador de ponte e seu funcionamento.



O que é um retificador de ponte?

Um retificador de ponte é um conversor de corrente alternada (CA) para corrente contínua (CC) que retifica a entrada CA da rede elétrica para a saída CC. Os retificadores de ponte são amplamente usados ​​em fontes de alimentação que fornecem a tensão CC necessária para os componentes ou dispositivos eletrônicos. Eles podem ser construídos com quatro ou mais diodos ou qualquer outra chave de estado sólido controlada.


Retificador de Ponte

Retificador de Ponte





Dependendo dos requisitos de corrente de carga, um retificador de ponte adequado é selecionado. Classificações e especificações dos componentes, tensão de ruptura, faixas de temperatura, classificação de corrente transiente, classificação de corrente direta, requisitos de montagem e outras considerações são levadas em consideração ao selecionar uma fonte de alimentação de retificador para uma aplicação de circuito eletrônico apropriado.

Construção

A construção da ponte retificadora é mostrada abaixo. Este circuito pode ser projetado com quatro diodos, ou seja, D1, D2, D3 e D4 junto com um resistor de carga (RL). A conexão desses diodos pode ser feita em um padrão de malha fechada para converter AC (corrente alternada) em DC (corrente contínua) de forma eficiente. O principal benefício desse projeto é a falta de um transformador com derivação central exclusivo. Assim, o tamanho, assim como o custo, serão reduzidos.



Uma vez que o sinal de entrada é aplicado nos dois terminais, como A e B, o sinal DC o / p pode ser obtido no RL. Aqui, o resistor de carga é conectado entre dois terminais como C e D. O arranjo de dois diodos pode ser feito de forma que a eletricidade seja conduzida por dois diodos a cada meio ciclo. Os pares de diodos como D1 e D3 conduzirão corrente elétrica por todo o semiciclo positivo. Da mesma forma, os diodos D2 e ​​D4 conduzirão corrente elétrica ao longo de um meio ciclo negativo.

Diagrama de circuito retificador de ponte

A principal vantagem do retificador em ponte é que ele produz quase o dobro da tensão de saída, como no caso de um retificador de onda completa usando um transformador com derivação central. Mas este circuito não precisa de um transformador com derivação central, por isso se parece com um retificador de baixo custo.


O diagrama do circuito retificador de ponte consiste em vários estágios de dispositivos como um transformador, ponte de diodo, filtragem e reguladores. Geralmente, todas essas combinações de blocos são chamadas de fonte de alimentação DC regulada que alimenta vários aparelhos eletrônicos.

O primeiro estágio do circuito é um transformador do tipo abaixador que muda a amplitude da tensão de entrada. A maioria dos projetos eletrônicos use um transformador de 230 / 12V para reduzir a alimentação CA de 230 V a 12 V CA.

Diagrama de circuito retificador de ponte

Diagrama de circuito retificador de ponte

O próximo estágio é um retificador ponte-diodo que usa quatro ou mais diodos dependendo do tipo de retificador ponte. A escolha de um diodo específico ou qualquer outro dispositivo de comutação para um retificador correspondente precisa de algumas considerações do dispositivo, como Pico de Tensão Inversa (PIV), corrente direta If, classificações de tensão, etc. um conjunto de diodos para cada meio ciclo do sinal de entrada.

Como a saída após os retificadores de ponte de diodo é de natureza pulsante, e para produzi-la como uma CC pura, a filtragem é necessária. A filtragem é normalmente realizada com um ou mais capacitores conectados em a carga, como você pode observar na figura abaixo onde é realizada a suavização da onda. Esta classificação do capacitor também depende da tensão de saída.

O último estágio dessa fonte CC regulada é um regulador de tensão que mantém a tensão de saída em um nível constante. Suponha que microcontrolador funciona em 5 Vcc, mas a saída após a ponte retificadora é em torno de 16 V, então para reduzir esta tensão e manter um nível constante - não importando as mudanças de tensão no lado de entrada - um regulador de tensão é necessário.

Operação do retificador da ponte

Como discutimos acima, uma ponte retificadora monofásica consiste em quatro diodos e essa configuração é conectada à carga. Para compreender o princípio de funcionamento do retificador de ponte, temos que considerar o circuito abaixo para fins de demonstração.

Durante o meio ciclo positivo dos diodos de forma de onda CA de entrada, D1 e D2 são polarizados para frente e D3 e D4 são polarizados reversamente. Quando a tensão, mais do que o nível limite dos diodos D1 e D2, começam a conduzir - a corrente de carga começa a fluir por ele, conforme mostrado no caminho da linha vermelha no diagrama abaixo.

Operação de Circuito

Operação de Circuito

Durante o semiciclo negativo da forma de onda CA de entrada, os diodos D3 e D4 são polarizados para frente e D1 e D2 são polarizados reversamente. A corrente de carga começa a fluir através dos diodos D3 e D4 quando esses diodos começam a conduzir conforme mostrado na figura.

Podemos observar que em ambos os casos, a direção da corrente de carga é a mesma, ou seja, de cima para baixo conforme mostrado na figura - de forma unidirecional, o que significa corrente contínua. Assim, pelo uso de um retificador em ponte, a corrente CA de entrada é convertida em uma corrente CC. A saída na carga com este retificador de onda em ponte é pulsante por natureza, mas a produção de uma CC pura requer um filtro adicional como um capacitor. A mesma operação é aplicável para retificadores em ponte diferentes, mas no caso de retificadores controlados tiristores disparando é necessário para conduzir a corrente para carregar.

Tipos de retificadores de ponte

Os retificadores tipo noiva são classificados em vários tipos com base nestes fatores: tipo de alimentação, capacidade de controle, configurações do circuito noiva, etc. Os retificadores em ponte são classificados principalmente em retificadores monofásicos e trifásicos. Ambos os tipos são classificados em retificadores não controlados, parcialmente controlados e totalmente controlados. Alguns desses tipos de retificadores são descritos a seguir.

Retificadores Monofásicos e Trifásicos

A natureza da alimentação, ou seja, uma alimentação monofásica ou trifásica decide esses retificadores. O retificador de ponte monofásico consiste em quatro diodos para converter CA em CC, enquanto um retificador trifásico usa seis diodos , conforme mostrado na figura. Eles podem ser retificadores não controlados ou controlados, dependendo dos componentes do circuito, como diodos, tiristores e assim por diante.

Retificadores Monofásicos e Trifásicos

Retificadores Monofásicos e Trifásicos

Retificadores de ponte não controlados

Este retificador de ponte usa diodos para retificar a entrada, conforme mostrado na figura. Já o diodo é um dispositivo unidirecional que permite o fluxo de corrente em apenas uma direção. Com esta configuração de diodos no retificador, ela não permite que a potência varie dependendo da necessidade de carga. Portanto, este tipo de retificador é usado em fontes de alimentação constantes ou fixas .

Retificadores de ponte não controlados

Retificadores de ponte não controlados

Retificador de ponte controlada

Neste tipo de retificador, Conversor ou retificador AC / DC - em vez de diodos não controlados, dispositivos de estado sólido controlados como SCRs, MOSFETs, IGBTs, etc. são usados ​​para variar a potência de saída em diferentes tensões. Ao disparar esses dispositivos em vários instantes, a potência de saída na carga é alterada de forma adequada.

Retificador de ponte controlada

Retificador de ponte controlada

Ponte retificadora IC

A ponte retificadora como a configuração do pino RB-156 IC é discutida abaixo.

Pino 1 (Fase / Linha): Este é um pino de entrada CA, onde a conexão do fio de fase pode ser feita da fonte CA em direção a este pino de fase.

Pino 2 (neutro): Este é o pino de entrada CA onde a conexão do fio neutro pode ser feita da fonte CA a este pino neutro.

Pino 3 (positivo): Este é o pino de saída DC onde a tensão DC positiva do retificador é obtida a partir deste pino positivo

Pino 4 (negativo / terra): Este é o pino de saída DC onde a tensão de aterramento do retificador é obtida a partir deste pino negativo

Especificações

As subcategorias deste retificador de ponte RB-15 variam de RB15 a RB158. Destes retificadores, o RB156 é o mais utilizado. As especificações do retificador em ponte RB-156 incluem o seguinte.

  • A corrente O / p DC é 1,5A
  • O pico máximo de tensão reversa é 800V
  • Tensão de saída: (√2 × VRMS) - 2 Volt
  • A tensão de entrada máxima é 560V
  • A queda de tensão para cada ponte é 1V @ 1A
  • A corrente de surto é 50A

Este RB-156 é normalmente usado como retificador de ponte compacto, de baixo custo e monofásico. Este IC tem a mais alta tensão i / p AC como 560 V, portanto, pode ser usado para alimentação de rede monofásica em todos os países. A corrente DC mais alta deste retificador é 1,5A. Este IC é a melhor escolha nos projetos para conversão de AC-DC e fornecer até 1.5A.

Características do retificador da ponte

As características do retificador de ponte incluem o seguinte

  • Fator Ondulação
  • Tensão inversa de pico (PIV)
  • Eficiência

Fator Ondulação

A medição da suavidade do sinal DC de saída usando um fator é chamada de fator de ondulação. Aqui, um sinal DC suave pode ser considerado como o sinal DC o / p incluindo algumas ondulações, enquanto um sinal DC pulsante alto pode ser considerado como o / p incluindo ondulações altas. Matematicamente, pode ser definida como a fração da ondulação da tensão e a tensão DC pura.

Para um retificador de ponte, o fator de ondulação pode ser dado como

Γ = √ (Vrms2 / VDC) −1

O valor do fator de ondulação do retificador de ponte é 0,48

PIV (Tensão Inversa de Pico)

O pico de tensão inversa ou PIV pode ser definido como o valor de tensão mais alto que vem do diodo quando ele está conectado na condição de polarização reversa durante o meio ciclo negativo. O circuito de ponte inclui quatro diodos como D1, D2, D3 e D4.

No semiciclo positivo, os dois diodos como D1 e D3 estão na posição de condução, enquanto os dois diodos D2 e ​​D4 estão na posição de não condução. Da mesma forma, no semiciclo negativo, os diodos como D2 e ​​D4 estão na posição de condução, enquanto os diodos como D1 e D3 estão na posição não condutora.

Eficiência

A eficiência do retificador decide principalmente o quão habilmente o retificador muda AC (Corrente Alternada) para DC (Corrente Contínua). A eficiência do retificador pode ser definida como a razão entre a potência DC o / p e a potência AC i / p. A eficiência máxima do retificador de ponte é 81,2%.

η = DC o / p Power / AC i / p Power

Forma de onda do retificador de ponte

A partir do diagrama do circuito da ponte retificadora, podemos concluir que o fluxo de corrente através do resistor de carga é igual ao longo dos semiciclos positivo e negativo. A polaridade do sinal DC o / p pode ser totalmente positiva ou negativa. Nesse caso, é totalmente positivo. Quando a direção do diodo é invertida, uma tensão CC totalmente negativa pode ser atingida.

Portanto, este retificador permite o fluxo de corrente ao longo de ambos os ciclos de positivo e negativo do sinal AC i / p. As formas de onda de saída do retificador de ponte são ilustradas abaixo.

Por que é chamado de retificador de ponte?

Em comparação com outros retificadores, este é o tipo mais eficiente de circuito retificador. Este é um tipo de retificador de onda completa, como o nome sugere, este retificador usa quatro diodos que são conectados em forma de ponte. Portanto, esse tipo de retificador é denominado retificador de ponte.

Por que usamos 4 diodos no retificador de ponte?

No retificador de ponte, quatro diodos são usados ​​para projetar o circuito que permitirá a retificação de onda completa sem usar um transformador com derivação central. Este retificador é usado principalmente para fornecer retificação de onda completa na maioria das aplicações.

O arranjo de quatro diodos pode ser feito dentro de um arranjo de malha fechada para mudar AC para DC de forma eficiente. O principal benefício deste arranjo é a inexistência do transformador com derivação central, de modo que o tamanho e o custo serão reduzidos.

Vantagens

As vantagens do retificador em ponte incluem o seguinte.

  • A eficiência de retificação de um retificador de onda completa é o dobro de um retificador de meia onda.
  • A tensão de saída mais alta, a potência de saída mais alta e o fator de utilização do transformador mais alto no caso de um retificador de onda completa.
  • A tensão de ondulação é baixa e de maior frequência, no caso de retificador de onda completa, então um circuito de filtragem simples é necessário
  • Nenhuma derivação central é necessária no secundário do transformador, portanto, no caso de um retificador em ponte, o transformador necessário é mais simples. Se aumentar ou diminuir a tensão não for necessário, o transformador pode ser eliminado até mesmo.
  • Para uma determinada saída de potência, um transformador de potência de tamanho menor pode ser usado no caso da ponte retificadora porque a corrente nos enrolamentos primário e secundário do transformador de alimentação flui para todo o ciclo CA.
  • A eficiência da retificação é o dobro em comparação com um retificador de meia onda
  • Ele usa circuitos de filtro simples para alta frequência e baixa tensão ondulada
  • TUF é maior em comparação com um retificador com rosca central
  • O transformador de derivação central não é necessário

Desvantagens

As desvantagens do retificador de ponte incluem o seguinte.

  • Requer quatro diodos.
  • O uso de dois diodos extras causa uma queda de tensão adicional, reduzindo assim a tensão de saída.
  • Este retificador precisa de quatro diodos, portanto, o custo do retificador será alto.
  • O circuito não é adequado, uma vez que é necessário retificar uma pequena tensão, pois, a conexão dos dois diodos pode ser feita em série e proporciona uma queda dupla de tensão devido a sua resistência interna.
  • Esses circuitos são muito complexos
  • Em comparação com o retificador do tipo com derivação central, o retificador em ponte tem mais perda de potência.

Uma aplicação - conversão de energia CA em CC usando um retificador de ponte

A fonte de alimentação DC regulada é freqüentemente necessária para muitas aplicações eletrônicas. Uma das maneiras mais confiáveis ​​e convenientes é converter a fonte de alimentação CA disponível em fonte CC. Essa conversão do sinal AC em DC é feita por meio de um retificador, que é um sistema de diodos. Pode ser um retificador de meia onda que retifica apenas metade do sinal AC ou um retificador de onda completa que retifica ambos os ciclos do sinal AC. O retificador de onda completa pode ser um retificador com derivação central que consiste em dois diodos ou um retificador em ponte que consiste em 4 diodos.

Aqui, a ponte retificadora é demonstrada. O arranjo consiste em 4 diodos dispostos de modo que os ânodos de dois diodos adjacentes sejam conectados para fornecer o fornecimento positivo para a saída e os cátodos dos outros dois diodos adjacentes sejam conectados para fornecer o fornecimento negativo para a saída. O ânodo e o cátodo dos outros dois diodos adjacentes são conectados ao positivo da alimentação CA, enquanto o ânodo e o cátodo de outros dois diodos adjacentes são conectados ao negativo da alimentação CA. Assim, 4 diodos estão dispostos em uma configuração de ponte de modo que em cada meio-ciclo dois diodos alternados conduzam produzindo uma tensão DC com repulsão.

O circuito dado consiste em um arranjo retificador de ponte cuja saída CC não regulada é fornecida a um capacitor eletrolítico através de um resistor limitador de corrente. A tensão no capacitor é monitorada por um voltímetro e continua aumentando à medida que o capacitor é carregado até que o limite de tensão seja alcançado. Quando uma carga é conectada ao capacitor, o capacitor descarrega para fornecer a corrente de entrada necessária para a carga. Neste caso, uma lâmpada é conectada como uma carga.

Uma fonte de alimentação DC regulada

Uma fonte de alimentação DC regulada consiste nos seguintes componentes:

  • Um transformador redutor para converter CA de alta tensão em CA de baixa tensão.
  • Um retificador de ponte para converter CA em CC pulsante.
  • Um circuito de filtro que consiste em um capacitor para remover as ondulações CA.
  • Um regulador IC 7805 para obter tensão DC regulada de 5 V.

O transformador abaixador converte a fonte de alimentação CA de 230 V para 12 V CA. Esses 12 V CA são aplicados ao arranjo do retificador de ponte de modo que os diodos alternativos conduzam a cada meio ciclo, produzindo uma tensão CC pulsante que consiste em ondulações CA Um capacitor conectado na saída permite que o sinal AC passe por ele e bloqueia o sinal DC, agindo assim como um filtro passa-alto. A saída através do capacitor é, portanto, um sinal CC filtrado não regulado. Esta saída pode ser usada para conduzir componentes elétricos como relés, motores, etc. Um regulador IC 7805 é conectado à saída do filtro. Ele fornece uma saída regulada constante de 5 V que pode ser usada para fornecer entrada para muitos circuitos eletrônicos e dispositivos como transistores, microcontroladores, etc. Aqui, o 5 V é usado para polarizar um LED através de um resistor.

Isso é tudo sobre teoria do retificador de ponte seus tipos, circuito e princípios de funcionamento. Esperamos que este assunto salutar sobre este tópico seja útil na construção projetos eletrônicos ou elétricos dos alunos bem como na observação de vários dispositivos ou aparelhos eletrônicos. Agradecemos sua grande atenção e foco neste artigo. E, portanto, escreva para nós para escolher as classificações de componente necessárias neste retificador de ponte para sua aplicação e para qualquer outra orientação técnica.

Agora esperamos que você tenha uma ideia sobre o conceito de ponte retificadora e suas aplicações, se qualquer outra dúvida sobre este tema ou o conceito de projetos elétricos e eletrônicos deixe os comentários na seção abaixo.

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