Vimos no capítulo anterior o funcionamento do retificador de meia onda. Ficou evidente nesse tipo de retificador que o capacitor fornece corrente à carga por um tempo muito longo. Na verdade, quase o ciclo inteiro. Isso exige que o capacitor tenha uma capacitância bem elevada para que tenhamos uma tensão de ondulação de valor razoável.

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Para contornar o problema exposto acima, temos os chamados retificadores de onda completa. Basicamente temos dois tipos de retificadores de onda completa: o retificador em ponte e o retificador com tap central usando transformador. Vamos analisar o funcionamento dos mesmos.

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  2.1    Retificador em Ponte

Como o próprio nome sugere, este circuito caracteriza-se por usar quatro diodos em um tipo de ligação denominado ponte. Esse circuito pode ser visto na Figura 63-01.

Repare que a tensão alternada da fonte é ligada aos extremos da ponte de diodos. Há dois casos distintos para analisarmos.

O primeiro quando o semiciclo positivo da senoide está na parte superior da ponte. Podemos ver a representação desta situação na Figura 63-02.

Na Figura 63-02 podemos acompanhar a trajetória da corrente elétrica no circuito indicada pelas setas verdes. Repare que temos dois diodos conduzindo e dois diodos na zona de corte. Os diodos D₁ e D₃ estão conduzindo e os diodos D₂ e D₄ estão na zona de corte.

Desta forma, a corrente que sai da fonte de tensão e alcança o ponto a deve passar por D₁, pois D₂ está cortado. Ao atingir o ponto c, não pode retornar à fonte por D₄, pois este está em corte. Logo, a corrente deve passar pela carga R_L chegando ao ponto b. Como D₂ está cortado, obrigatoriamente a corrente deve passar por D₃ para retornar à fonte de tensão e fechar o circuito. As setas verdes indicam o trajeto da corrente elétrica no circuito.

Agora vamos analisar o segundo caso, quando a senoide está no semiciclo negativo na parte superior da ponte.

Na Figura 63-03 podemos acompanhar como fica o circuito para este caso. Repare que agora são os outros dois diodos que estão conduzindo, ou seja, D₂ e D₄. Enquanto isso, D₁ e D₃ estão na zona de corte. Assim, a corrente que sai pela parte inferior da fonte de tensão e alcança o ponto d tem que passar por D₄ até atingir o ponto c, pois D₃ está cortado.

Ao chegar no ponto c a corrente não pode retornar à fonte de tensão por D₁. Logo, ela tem que passar por R_L. E quando chega ao ponto b a única alternativa para retornar à fonte de tensão é circular por D₂. Com isso o circuito está fechado. O importante é perceber que no semiciclo negativo não houve inversão no sentido da corrente elétrica ao atravessar a carga R_L. Isso significa que em qualquer dos semiciclos, sempre teremos uma tensão positiva sobre a carga R_L. O gráfico que aparece na Figura 63-04, mostra o efeito do retificador em ponte sobre a carga.

Logo, não importa a polaridade da fonte de tensão, pois sobre a carga teremos uma tensão ondulada sempre com uma tensão positiva. Cabe salientar que se for desejado ter uma tensão negativa sobre a carga, basta inverter a polaridade dos quatro diodos. Simples assim.

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  2.2    Retificador com Tap Central

Uma outra configuração para um retificador de onda completa é o mostrado na Figura 63-05. Nesta configuração usamos um transformador com tap central. Transformador com tap central caractteriza-se por possuir dois enrolamentos secundários iguais e completamente independentes entre si. Posteriormente, unimos a ponta final do primeiro enrolamento com a ponta inicial do segundo enrolamento. Esta ligação é o tap central do transformador. As outras duas pontas é onde temos a tensão que vai para o anodo dos diodos. O mais importante é que com este artifício conseguimos duas senoides defasadas de 180° entre si. Por simplicidade, na Figura 63-05 representamos os secundários do transformador por duas fontes de tensão. Fique atento na polaridade das mesmas.

Enquanto no anodo de D₁ temos o semiciclo positivo da fonte de tensão superior, no anodo de D₂ temos o semiciclo negativo da fonte de tensão inferior.

Na Figura 63-06 mostramos o circuito nessa configuração. Dessa forma, a corrente sai pelo polo positivo de V₁, passa pelo diodo D₁ alcançando o ponto a e como D₂ está cortado, a corrente circula pela carga R_L e fecha o circuito pela fonte V₁ quando chega ao ponto g. A seta verde indica o trajeto que a corrente elétrica realiza pelo circuito.

A descrição acima acontece nos primeiros 180° da senoide. Após isso, no intervalo de 180° a 360°, há uma inversão na polaridade das fontes. Mostramos essa situação na Figura 63-07.

Agora é D₁ que está cortado. Dessa forma, a corrente sai pelo polo positivo de V₂, passa pelo diodo D₂ alcançando o ponto a e como D₁ está cortado, a corrente circula pela carga R_L e fecha o circuito pela fonte V₂ quando chega ao ponto g. A seta verde indica o trajeto que a corrente elétrica realiza pelo circuito.

Como resultado final, obtemos a mesma forma de onda sobre a carga quando usamos o circuito em ponte. Na Figura 63-08 reproduzimos novamente essa forma de onda.

Os casos analisados fornecem uma tensão positiva na saída do circuito. Caso seja necessário uma saída com tensão negativa, basta inverter a posição de todos os diodos que compõem o circuito. Se o capacitor usado for do tipo polarizado, como é o caso do capacitor eletrolítico, também deve ser invertido.

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3. Efeito do Capacitor no Circuito

Como já estudamos no capítulo referente ao retificador de meia-onda, para tornarmos a tensão de saída do retificador a mais constante possível devemos acrescentar um capacitor em paralelo com a carga. A Figura 63-09 mostra esta situação. Repare que representamos os quatro diodos na situação de corte. Isto acontece após a tensão de saída do retificador chegar ao valor máximo. Assim, quando a tensão de entrada ultrapassa 90°, ou seja, seu valor está decrescendo, a tensão do capacitor é maior que a tensão de saída do retificador colocando os quatro diodos em corte. É nesta situação que o capacitor cumpre o seu papel de fornecer corrente à carga quando os diodos estão em corte.

A partir do momento que o capacitor passa a fornecer corrente à carga, a tensão entre seus terminais decresce gradativamente. Quando a tensão de saída do retificador passa a ser maior que a do capacitor, os diodos D₁ e D₃ entram em condução e recomeça um novo ciclo de recarga do capacitor, elevando sua tensão até o valor máximo de saída do retificador. Na Figura 63-10 podemos ver a representação gráfica desta situação.

Observe no gráfico o ângulo de condução φ_c dos diodos, representado em verde. Neste tempo, a variação de tensão no capacitor é ΔV_r. O período entre picos é T/2. A parte que está em amarelo representa a situação dos quatro diodos em corte conforme descrito acima. A variação de tensão sobre o capacitor neste momento, também é ΔV_r, porém o decrescimento da tensão é determinado pela constante de tempo R_L C.

É importante perceber que no caso da retificação em onda completa, a onda retificada apresenta uma frequência que é o dobro daquela em relação à retificação em meia onda.

Então, com a presença do capacitor vamos ter na saída uma tensão média DC que vamos denominar de V_DC, e que pode ser aproximada pela eq. 63-01, considerando que podemos representar a tensão de ondulação por uma onda triangular.

A partir dessa tensão média DC podemos definir uma corrente média na carga que pode ser calculada pela equação eq. 63-02 e vamos denominá-la I_DC.

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  3.1    Tensão de Ondulação Pico a Pico - ΔV_r

Normalmente nos problemas apresentados em livros ou provas, a tensão de ondulação pode ser especificada como um valor nunérico ou, como é mais comum, um percentual referente à tensão de saída do circuito.

Além disso, existe a possibilidade de se expressar a tensão de ondulação ou ripple, como um valor RMS (representado por V_r (rms)) ou um valor pico a pico (representado por ΔV_r). Neste item vamos estudar o caso do valor pico a pico e no próximo item o valor RMS.

Tomando como referência o último circuito, vemos que o mesmo é simplesmente um capacitor com uma tensão inicial V_Cmax (imediatamente após o diodo entrar em corte) em paralelo com a carga R_L. Com o passar do tempo, o capacitor será descarregado pela carga. A ideia básica que devemos implementar é que a tensão no capacitor, entre os dois picos de tensão, deve ser igual a    V_C = V_Cmax - ΔV_r.    Para isso, devemos ter uma constante de tempo    (τ = C R_L) de valor adequado. Como o valor de R_L é conhecido, então deve-se calcular o valor do capacitor C que permita que as condições do problema sejam satisfeitas.

Do exposto acima, podemos escrever que:

Como conhecemos a tensão inicial no capacitor (V_Cmax), após um tempo t a tensão no capacitor será:

Para encontrar uma equação aproximada do valor de C, vamos fazer duas simplificações, baseado no fato que para este caso temos τ = R_L C >> t. Logo, podemos escrever:

Na aproximação acima, T é o período da onda senoidal. Mas no caso da retificação em onda completa, o período da onda é a metade do período em relação à retificação em meia-onda. Isto significa que temos o dobro da frequência no sinal retificado. Substituindo estes valores em    ⓶,   combinando com    ⓵,   e fazendo τ = R_L C , vamos encontrar:

Lembrando que f = 1 / T, a equação acima pode ser escrita como mostra a eq. 63-03.

Portanto, conhecendo os valores de f, R_L e C, podemos calcular o valor da tensão de ondulação. E assim, podemos definir o índice ou taxa percentual do ripple pico a pico representado pela letra r_pp, de acordo com a equação eq. 63-04.

Observe que usando a eq. 63-04 podemos escrever a eq. 63-05.

Observe que baseado na eq. 63-05, podemos reescrever a eq. 63-03 da seguinte forma:

Trabalhando algebricamente a eq. 63-01 e a eq. 63-06, podemos escrever a eq. 63-07: