Veja a seguir o gráfico de tempo de descarga do capacitor. Este é um gráfico da tensão nos terminais do capacitor em função do tempo. Após cinco constantes de tempo (T = 5.R.C), o capacitor estará com 0,7% da tensão inicial que é 10V. Este valor de tensão é tão próximo de zero que normalmente, para efeito prático, nós consideramos o capacitor descarregado após cinco constantes de tempo.
9.5 RIGIDEZ DIELÉTRICA
Quando um capacitor é projetado o fabricante especifica um valor máximo de tensão que o mesmo pode ter em seus terminais. Esta tensão é chamada de rigidez dielétrica. Se o capacitor se carrega com uma tensão acima do valor especificado pelo fabricante, o capacitor se danifica. Por exemplo, um capacitor de 220µF/25V não pode ter em seus terminais uma tensão maior que 25V. Caso você vá usar este capacitor em algum circuito, certifique-se de que sob quaisquer condições de funcionamento, ele não irá se carregar com uma tensão maior que 25V.
9.6 ASSOCIAÇÃO DE FONTES DE TENSÃO EM SÉRIE
Toda vez que tivermos duas fontes de tensão ligadas em série na forma como está mostrado na Fig 6a, ou seja, o pólo positivo ligado ao negativo e vice versa, a tensão equivalente entre os pontos A e B será a soma das tensões de cada fonte. Neste caso dizemos que as fontes tem a mesma polaridade. Por outro lado, se as fontes estiverem ligadas em série e com polaridades opostas, ou seja, pólo positivo ligado com o pólo positivo ou vice-versa, como mostra a Fig 6b, a tensão equivalente entre os pontos A e B será a diferença entre as tensões de cada fonte, prevalecendo a polaridade da fonte maior.
9.7 RETIFICADOR DE MEIA ONDA COM FILTRO CAPACITIVO
Nos podemos transformar a tensão contínua pulsante presente na saída de um retificador numa tensão contínua com ondulação se colocarmos um capacitor em paralelo com a carga, como mostram as figuras a seguir.
Sem o capacitor
Com o capacitor
9.8 CARGA E DESCARGA DO CAPA CITOR
A ondulação que observamos na tensão de saída com o capacitor no circuito existe porque o capacitor fica se carregando e descarregando durante cada ciclo de tensão de entrada. Vamos analisar nesta seção como isto acontece.
No primeiro semiciclo positivo de tensão no secundário, o diodo conduz e liga os terminais do capacitor diretamente aos extremos do enrolamento secundário. Durante a primeira metade do semiciclo positivo, a tensão no secundário vai aumentando até atingir o pico positivo, acontecendo o mesmo com a tensão no capacitor. A figura a seguir mostra o capacitor carregado. Observe que a tensão no capacitor tem a mesma polaridade da tensão no secundário. Se o diodo for considerado ideal, quando a tensão no secundário atingir o pico positivo, a tensão no capacitor também será igual à Vp.
Logo depois que a tensão no secundário atinge o valor de pico ela começa a diminuir, e o diodo então para de conduzir. Porque?
Observe que a tensão que chega nos terminais do diodo é a diferença entre as tensões no secundário do transformador e no capacitor, devidos as suas polaridades. Quando a tensão no secundário começa a diminuir após o pico positivo, a tensão no capacitor se torna ligeiramente maior que a tensão no secundário porque a tensão no mesmo não diminui na mesma velocidade. Isto que faz com que prevaleça a polaridade da tensão no capacitor, o que polariza o diodo reversamente, como mostra a figura a seguir.
Com o diodo polarizado reversamente, o capacitor começa a se descarregar em cima do resistor de carga, o que faz com que a tensão em seus terminais comece a diminuir, como mostra a figura a seguir.
Capítulo 9: Filtro Capacitivo
Wagner da Silva Zanco
26Quando a tensão de entrada entra no semiciclo negativo, a polaridade da tensão no secundário se inverte, fazendo com que o diodo fique mais reversamente polarizado, visto que a tensão em seus terminais agora é a soma das tensões do secundário e no capacitor. Quando a tensão no secundário atinge o pico negativo, o diodo terá em seus terminais aproximadamente 2.Vp(sec)(duas vezes a tensão de pico no
secundário). Esta é a máxima tensão que o diodo terá em seus terminais quando polarizado reversamente.
No próximo semiciclo positivo, a polaridade da tensão no secundário do transformador volta a inverter. Agora temos a tensão no secundário do transformador aumentando, e a tensão no capacitor diminuindo devido à descarga. Chegará um momento que a tensão no secundário do transformador irá ultrapassar a tensão no capacitor. Isso fará com que o diodo volte a conduzir, ligando os terminais do capacitor aos extremos do enrolamento secundário, fazendo com que o capacitor torne a se carregar até atingir o valor de pico. Quando a tensão no secundário do transformador ultrapassa o pico positivo, o diodo abre novamente e o capacitor volta a se descarregar em cima do resistor de carga, dando início a um ciclo de carga e descarga até que o circuito seja desligado.
Para que o circuito funcione corretamente da forma como foi descrita, a constante de tempo(T= RL.C) deve ser pelo menos dez vezes maior que o período da tensão de entrada. Isto garante que o tempo de descarga seja muito maior que o tempo de carga, condição que deve ser satisfeita para que o diodo pare de conduzir logo após o pico positivo.
É importante observar que o diodo só conduz durante uma parte do semiciclo positivo, período em que o capacitor recupera sua carga. Quanto maior o resistor de carga menor a ondulação da tensão na carga. Uma outra forma de reduzir a ondulação é usarmos um retificador de onda completa ao invés de um retificador de meia onda, como mostra a figura a seguir.
Observe que no retificador de onda completa a ondulação é bem menor. Os dois semiciclos são aproveitados e, em conseqüência disto, o capacitor se descarrega durante um intervalo de tempo duas vezes menor, o que significa que a ondulação é duas vezes menor. A seguir vemos a fórmula para calcular a tensão de ondulação de pico a pico( Vpp(ond)) no
capacitor de filtro.
A freqüência de ondulação é igual à freqüência de entrada se o retificador for de meia onda, e o dobro da freqüência de entrada se for de onda completa. O gráfico a seguir mostra a tensão ondulada na carga com todas as indicações importantes.
O tempo de carga(TC) é o tempo durante o qual o diodo se mantém em condução, fazendo com que o capacitor recupere sua carga. O tempo de descarga(TD) é o tempo em que o diodo se mantém aberto, fazendo com que o capacitor se descarregue em cima do resistor de carga. A ondulação de pico a pico é a diferença entre a tensão máxima(Vp(res)) e a
tensão mínima(Vmin) na carga. Num projeto prático esta ondulação deve
ficar abaixo dos 10% do valor máximo de tensão na carga(Vp(res)). Por
Wagner da Silva Zanco
Capítulo 9: Filtro Capacitivo
27Exemplo:
Dado o circuito a seguir, calcule a ondulação de pico a pico na carga?
Observe que a tensão de ondulação de pico a pico está abaixo de 10% da tensão máxima na carga, isto significa que o capacitor foi especificado corretamente. Veja a seguir o gráfico da tensão na carga.
9.9 TENSÃO MÉDIA NA CARGA (Vcc )
O capacitor de filtro eleva o nível CC da tensão na carga. Quanto maior o resistor de carga menor a ondulação. As vezes nós consideramos a tensão média na carga (Vcc) aproximadamente igual ao valor máximo de tensão na carga(Vp(res)) quando o resistor de carga tem um valor muito alto.
Porém, se desejarmos obter um valor mais preciso de Vcc podemos usar a fórmula a seguir.
Vcc = Vp
(res)– (Vpp
(ond)/ 2)
9.10 CORRENTE MÉDIA
Se um amperímetro CC for ligado em série com o resistor de carga ele irá medir a corrente média na carga (Icc). Para calcularmos Icc basta dividirmos Vcc por RL, como mostra a fórmula abaixo.