Retificação AC/DC - Conceito

       Os equipamentos eletrônicos dependem de tensão CC, isto é, um sinal elétrico fixo ao longo do tempo que seu funcionamento seja garantido. Para obter um sinal CC é necessário converter um sinal AC. Esse processo será estudado nesse publicação. Exitem várias formas de converter um sinal AC em CC. Cada técnica trás uma vantagem e desvantagem, levar em conta esses aspectos serão fundamentais na escolha da melhor técnica. 

CONCEITO INICIAL

        Os sinais alternados (sinais AC) são sinais que alteram seu sentido ao longo do tempo. Isso significa que, quando um sinal AC é gerado, a corrente elétrica viaja em um sentido depois em outro. A senoide nada mais é que a corrente elétrica seguindo em um sentido referenciado como positivo e depois voltando em um sentido negativo. Observe a imagem abaixo:

       Depois de todo o processo geração e distribuição de energia elétrica, um sinal AC chega até sua casa e você rapidamente liga equipamentos como televisão, rádio, carregador de celular, computador e outros. Esses equipamentos recebem o sinal AC e o convertem para um sinal CC. Esse processo se dá por meio da retificação do sinal AC, filtragem e regulagem utilizando circuitos específicos.

        Os retificadores utilizam diodos retificadores como 1N4007, SR5100, SR260, FR157, 1N5399 e outros modelos. Cada modelo de diodo retificador possui parâmetros específicos, como tensão máxima, corrente máxima, tensão de breakdown e tensão reversa. É importante observar o tipo de diodo utilizado. Nesse caso, estou utilizando diodos de silício com queda de 0,7V. Observe a reação do sinal elétrico que chega ao resistor do diagrama abaixo:

        Quando um sinal alternado (sinal AC) passa pelo diodo retificador, um dos semiciclos é removido e a carga (resistor 1K) passa a receber apenas o semiciclos positivo. Isso acontece porque o diodo retificador não permite a passagem de sinais de sentidos diferentes. Quando o semiciclo positivo chega ao diodo, o mesmo permite sua passagem, mas quando o semiciclo negativo chega ao diodo, o mesmo não permite a passagem conforme o sinal que aparece ao lado do resistor de 1K. Mas se girassemos o diodo retificador, será o sinal mudaria? Observe abaixo:

     

        Pois bem, com o diodo invertido, o diodo passa a permitir a passagem dos semiciclos negativos, enquanto semiciclos positivos são cortados da saída para a carga (resistor de 1K). Essa técnica de retificação se chama RETIFICAÇÃO MEIA ONDA. Como o próprio nome já diz, ela é uma retificação onde um dos semiciclos são removidos e você só tem meio ciclo passando para a carga. 

        Além disso, os diodos de silício possuem uma queda de tensão, normalmente, de 0,7V. Isso acontece porque existe uma barreira potencial interna nos diodos, onde é feita a junção do material P e N. Quando você aplica uma tensão direta, ou seja, um potencial positivo no material P e negativo no material N, você força os elétrons do material tipo N e as lacunas no material tipo P a se recombinarem com íons na fronteira (região de depleção), levando a uma redução dessa região. À medida que a tensão aplicada aumenta, região de depleção diminui ainda mais até que a torrente de elétrons possa passar pela junção, o que resulta em um aumento na corrente elétrica. Observe a imagem abaixo: 

GERANDO UM SINAL DC

    Quando o sinal alternado entra no circuito retificador, a senoide se torna um sinal pulsante, conforme a imagem abaixo:

    Ao passar pela ponte retificadora a senoide tem parte do seu ciclo "elimanada", gerando um sinal pulsante de frequência 2x maior que a entrada. Isso significa que a frequência dos pulsos em Vd é de 120Hz. Vale ressaltar que não se deve aplicar 127 ou 220V diretamente na ponte retificadora, sem que os diodos tenham especificações para tal.

    

    Já temos o sinal DC? Temos, mas não da forma que os equipamentos vão funcionar. O circuito retificador permite que a corrente viage em apenas um sentido, mas ela ainda é pulsante, ou seja, ainda varia com o tempo, mas não é um sinal AC. 

    

Para obter um sinal DC mais limpo, precisamos eliminar as variações o máximo possível. Para isso, utiliza-se um capacitor de filtro (ou condensador).

    Observe na imagem acima que foi colocado um capacitor de 10uF em paralelo com a saída da ponte retificadora. Lembra do sinal pulsante? O capacitor é carregado em uma parte do pulso e descarrga em outra metade conforme a imagem abaixo:

    O sinal gerado é semelhante aos dente de uma serra, por isso ele é conhecido como sinal "dente de serra". Observe a altura do dentes:

    Esses dentes continuam sendo uma variação do sinal de entrada. Quanto menor for o capacitor de filtro, maior esse dente também será.

    Observe que, ao aumentar a capacitor em 10x, os "dentes" também diminuiram. O capacitor possui maior capacidade de carga, o que permite atenuar os pulsos ainda mais. 

    Uma das ferramentas que vamos utilizar para obter um sinal DC sem variações se chama regulador de tensão. No entanto, o regulador de tensão não pode receber sinais alternados e nem pulsantes, já que isso afeta seu funcionamento. O regulador precisa de um sinal com a menor variação possível, por isso precisamos escolher bem o capacitor que será utilizado no filtro. Essa parte pode ser feita testando cada capacitor compatível, mas precisa ser de, no mínimo, 10uF e a tensão compatível com o circuito. 

    Peço desculpas ao leitor, o simulador não possui regulador de tensão, mas a imagem acima mostra como ficaria o circuito caso houvesse. O regulador de tensão remove por completo as variações, permitindo sinal limpo na saída para o circuito eletrônico. 

    

    Essa é uma representação didática de um circuito de fonte de alimentação. Uma fonte de alimentação mais complexa possui diversos mecanismos de controle de tensão, ruído e proteção.