Prática 1 - Eletrônica ADA

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA MECÂNICA
Retificadores de Meia Onda e Onda Completa no PSIM
Camilo Júnior Costa Oliveira (202411666)
João Gabryell Lopes Santana (202310927)
ILHÉUS – BA 2024
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Camilo Júnior Costa Oliveira (202411666)
João Gabryell Lopes Santana (202310927)
Pré-Laboratório 
Retificadores de Meia Onda e Onda Completa no PSIM
Relatório apresentado como parte dos critérios de avaliação da disciplina CET844 – Eletrônica Aplicada e Dispositivos de Automação. Turma 07 - P01. Solicitado pela professora Brenda Leal Mota Santos. Data de entrega: 08/05/2025
 
ILHÉUS – BA 2025
Sumário
1 INTRODUÇÃO	4
2 METODOLOGIA 	4
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO...	6
	3.1 Retificadores de meia onda.
	3.2 Retificadores de onda completa em ponte.
4 CONCLUSÃO............................................................................................................18
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	19
1 INTRODUÇÃO
 
A conversão de tensão alternada (CA) em tensão contínua (CC) é essencial em muitos dispositivos eletrônicos. Para isso, utilizam-se circuitos chamados retificadores, que adaptam a energia elétrica para o funcionamento dos equipamentos. Este pré-laboratório foca na análise, através de simulações no software PSIM, de duas topologias fundamentais: o retificador de meia onda, que utiliza um único diodo e aproveita apenas um semiciclo da CA, e o retificador de onda completa em ponte, que emprega quatro diodos para retificar ambos os semiciclos.
O componente central desses circuitos é o diodo, cujas características não ideais influenciam o desempenho do retificador. Assim, o objetivo deste trabalho é simular e comparar o comportamento desses dois tipos de retificadores sob a perspectiva de três modelos distintos para o diodo: o modelo ideal (sem perdas), um modelo que considera a queda de tensão direta de 0,7V característica do silício, e um terceiro modelo que adiciona uma resistência interna a essa queda de tensão. Através da simulação no PSIM, busca-se observar e quantificar como essas diferentes aproximações do diodo alteram a tensão resultante na carga, destacando a influência do modelo escolhido na análise de circuitos retificadores.
2 METODOLOGIA
	As simulações dos circuitos retificadores foram realizadas utilizando o software PSIM (9.1.1.400). Foram analisadas duas topologias de retificadores: meia onda e onda completa em ponte.
Componentes e Parâmetros Gerais:
· Fonte de Tensão CA: Foi utilizado um bloco de fonte senoidal (Sine Wave) configurado com Amplitude (pico) = 15 V e Frequência = 60 Hz.
· Carga: Foi utilizado um resistor (R) com valor de 1 kΩ (1000 Ω) como carga (RL) para ambos os retificadores.
· Diodos: Foi utilizado o bloco de diodo ideal (Ideal Diode) do PSIM, configurado de acordo com os três modelos especificados.
· Aterramento: Um ponto de referência (terra - Ground) foi adicionado a cada circuito.
Montagem dos Circuitos:
· Retificador de Meia Onda: O circuito foi montado conectando-se a fonte CA em série com um único bloco de diodo e o resistor de carga de 1 kΩ.
· Retificador de Onda Completa em Ponte: Foram utilizados quatro blocos de diodo conectados em configuração de ponte. A fonte CA foi conectada entre dois nós opostos da ponte, e o resistor de carga de 1 kΩ foi conectado entre os outros dois nós.
Implementação dos Modelos de Diodo:
· Modelo 1 (Ideal): O bloco Ideal Diode foi utilizado com sua configuração padrão para a queda de tensão direta (Forward voltage drop, Vf ), assumida como 0 V ou um valor desprezível.
· Modelo 2 (Queda Fixa 0,7V): O parâmetro Forward voltage drop (Vf ) do bloco Ideal Diode foi explicitamente configurado para 0.7 V.
· Modelo 3 (Queda 0,7V + Resistência 0,2Ω): O bloco Ideal Diode foi configurado com Vf = 0.7V. Adicionalmente, um resistor (R) de 0.2 Ω foi inserido em série com cada diodo presente no circuito (um diodo no caso do meia onda, quatro diodos no caso da ponte).
Execução e Coleta de Dados:
· Cada um dos dois circuitos (meia onda e onda completa) foi simulado três vezes, uma para cada modelo de diodo implementado.
· O controle da simulação (Simulation Control) foi configurado para um tempo total de 0.1 s (100 ms), permitindo a visualização de múltiplos ciclos da forma de onda.
· A tensão sobre o resistor de carga (vcarga) foi medida utilizando um medidor de tensão (Voltage Probe).
· Após cada simulação, o visualizador de formas de onda (SIMVIEW) foi utilizado para:
· Observar e capturar a forma de onda da tensão na carga.
· Medir o valor de pico da tensão na carga (Vp(out)) diretamente no gráfico.
· Utilizar as ferramentas de medição integradas (Measure) para obter o valor médio (VDC) e o valor eficaz (Vrms) da tensão na carga durante um período estável da simulação.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Retificadores de meia onda.
	3.1.1 Diodo Ideal.
Imagem 1 - Representação e dados do Diodo Ideal. (PSim - PView)
Dados extraídos:
· Tensão de pico de entrada (Vpentrada):
· No semiciclo positivo: V1 = 15 V (tensão de saída igual à entrada, pois o diodo ideal conduz).
· No semiciclo negativo: V2 ≈ 0 V (diodo bloqueia a passagem de corrente, então a saída é praticamente zero).
Cálculos: 
1. Tensão de pico na saída (Vp):
Como o diodo é ideal, não há queda de tensão.
Vp = Vpentrada = 15 V 
2. Tensão média (VDC):
Para um retificador de meia onda, a tensão média é dada por:
3. Tensão eficaz (Vrms):
Para meia onda, a tensão eficaz é:
Substituindo:
	Modelo de Diodo
	Vp (V)
	VDC (V)
	Vrms (V)
	Ideal
	15
	4.7746
	7.5
Tabela 1 - Dados do Diodo Ideal.
	3.1.2 Diodo (0,7 V).
Imagem 2 - Representação e dados do Diodo 0,7 V. (PSim - PView)
Dados extraídos:
· Tensão de entrada (V4):
· Semiciclo positivo: 15 V;
· Semiciclo negativo: -15 V;
· Tensão de saída (V5):
· Semiciclo positivo: 14,3 V (queda de 0,7 V no diodo);
· Semiciclo negativo: ≈ 0 V (diodo bloqueia);
Cálculos: 
1. Tensão de pico na saída (Vp):
Como o diodo tem queda de 0,7 V, a tensão de saída no semiciclo positivo é reduzida:
Vp = Ventrada - 0.7 = 15 - 0.7 = 14.3V 
2. Tensão média (VDC):
Para um retificador de meia onda, a tensão média é dada por:
3. Tensão eficaz (Vrms):
Para meia onda, a tensão eficaz é:
Substituindo:
	Modelo de Diodo
	Vp (V)
	VDC (V)
	Vrms (V)
	0,7V
	14.3
	4.552
	7.15
Tabela 2 - Dados do Diodo 0,7 V.
	3.1.3 Diodo (0,7 V + 0,2 Ω).
Imagem 3 - Representação e dados do Diodo 0,7 V + 0.2Ω. (PSim - PView)
Dados extraídos:
· Tensão de entrada (V4):
· Semiciclo positivo: 15 V;
· Semiciclo negativo: -15 V;
· Tensão de saída (V5):
· Semiciclo positivo: 14,297141 V (queda de 0,7 V + queda na resistência)
· Semiciclo negativo: ≈ 0 V (diodo bloqueia);
Cálculos: 
1. Tensão de pico na saída (Vp):
Como o diodo tem queda de 0,7 V, a tensão de saída no semiciclo positivo é reduzida:
Vp = Ventrada - 0.7 = 15 - 0.7 = 14.3V 
Pelos dados, a tensão de saída em condução é 14,297141 V, então: 
Vp=14,297141V
A queda total em relação à entrada:
15−14,297141 = 0,702859V
Isso confirma a queda de 0,7 V + resistência (0,002859 V extra devido a 0,2 Ω).
2. Tensão média (VDC):
Para um retificador de meia onda, a tensão média é dada por:
3. Tensão eficaz (Vrms):
Para meia onda, a tensão eficaz é:
Substituindo:
	Modelo de Diodo
	Vp (V)
	VDC (V)
	Vrms (V)
	0,7 V + 0,2 Ω
	14.297141
	4.551
	7.1486
Tabela 3 - Dados do Diodo 0,7 V + 0.2Ω.
	Modelo de Diodo
	Vp (V)
	VDC (V)
	Vrms (V)
	Ideal
	15
	4.7746
	7.5
	0,7V
	14.3
	4.552
	7.15
	0,7 V + 0,2 Ω
	14.297141
	4.551
	7.1486
Tabela 4 - Dados dos Retificadores de Meia Onda.
A simulação dos retificadores de meia onda permitiu observar, de forma clara, a atuação do diodo na condução apenas durante o semiciclo positivo da fonte alternada. Essa característica se refletiu nas formas de onda de saída, que exibiram intervalos de condução intercalados com períodos em que a tensão sobre a carga foi praticamente nula, correspondendo ao semiciclo negativo.No caso do diodo ideal, a tensão de pico na carga foi igual à da fonte (15 V), sem qualquer queda. Com isso, os valores obtidos foram os mais altos entre os três modelos: VDC = 4,7746 V e Vrms = 7,5 V. A forma de onda retificada manteve a forma senoidal cortada, sem distorções, e com amplitude total preservada.
Ao utilizar o modelo com queda de 0,7 V, observou-se uma redução na tensão de pico para 14,3 V. Como esperado, os valores de tensão média e eficaz também diminuíram (VDC = 4,552 V; Vrms = 7,15 V). A forma da onda manteve-se idêntica, mas com uma amplitude menor devido à perda imposta pelo diodo.
No terceiro modelo, com queda de 0,7 V + resistência interna de 0,2 Ω, houve uma queda adicional muito pequena, com a tensão de pico caindo levemente para 14,297 V. A resistência interna gerou uma diferença de apenas ~0,003 V em relação ao modelo anterior, uma variação insignificante na prática para uma carga de 1 kΩ, dada a corrente relativamente baixa (~15 mA). Os valores médios e eficazes seguiram essa tendência: VDC = 4,551 V e Vrms = 7,1486 V.
Portanto, conclui-se que o modelo ideal representa uma situação idealizada, útil como referência. Já os modelos mais realistas evidenciam que perdas inevitáveis ocorrem devido à condução dos diodos. No entanto, essas perdas são discretas em cargas de alta resistência, como nesta simulação, sendo mais relevantes apenas em aplicações com maior corrente.
3.2 Retificadores de onda completa em ponte.
	3.2.1 Diodo Ideal.
Imagem 4 - Representação e dados do Diodo Ideal (Onda Completa). (PSim - PView)
Dados extraídos:
· Tensão de entrada (V1):
· Semiciclo positivo: 15 V;
· Semiciclo negativo: -15 V;
· Tensão de saída (V2):
· Forma de onda totalmente retificada (ambos os semiciclos positivos), com pico de 15 V.
· Como o diodo é ideal, não há queda de tensão na condução.
· Tensão mínima da saída (V2):
· ≈ 0 V (bloqueio no instante de transição entre ciclos)
Cálculos: 
1. Tensão de pico na saída (Vp):
Vp = Vpentrada = 15 V 
2. Tensão média (VDC):
Para um retificador de onda completa:
3. Tensão eficaz (Vrms):
Para onda completa, a tensão eficaz é:
Substituindo:
	Modelo de Diodo
	Vp (V)
	VDC (V)
	Vrms (V)
	Ideal
	15
	9.549
	10.6066
Tabela 5 - Dados do Diodo Ideal (Onda completa).
3.2.2 Diodo (0,7 V).
Imagem 5 - Representação e dados do Diodo 0,7 V (Onda completa). (PSim - PView)
Dados extraídos:
· Tensão de entrada (V6 e V7):
· Semiciclo positivo: 13,6 V;
· Semiciclo negativo: -13,6 V;
· (considerando a queda de 0,7 V em cada diodo conduzindo no ramo da ponte)
· Tensão de saída (V9):
· Amplitude positiva: 13,6 V
· A forma de onda é totalmente retificada, pois há condução em ambos os semiciclos.
Cálculos: 
1. Tensão de pico na saída (Vp):
Vp = Ventrada - 2 . 0,7 = 15 - 1,4 = 13,6V 
2. Tensão média (VDC):
3. Tensão eficaz (Vrms):
	Modelo de Diodo
	Vp (V)
	VDC (V)
	Vrms (V)
	0,7V
	13.6
	8.686
	9.616
Tabela 6 - Dados do Diodo 0,7 V (Onda completa).
3.2.3 Diodo (0,7 V + 0,2 Ω).
Imagem 6 - Representação e dados do Diodo 0,7 V + 0.2Ω (Onda completa). (PSim - PView)
Dados extraídos:
· Tensão de entrada (V11 e V12):
· Semiciclo positivo: 13,595 V;
· Semiciclo negativo: -13,595 V;
· (após quedas de 0,7 V e resistência interna de 0,2 Ω em dois diodos por semiciclo);
· Tensão de saída na carga (V13):
· Semiciclo positivo: 14,297 V; 
· Semiciclo negativo: 14,297 V;
· A forma de onda é simétrica, pois o retificador de onda completa conduz nos dois semiciclos com dois diodos ativos em cada. 
Cálculos: 
1. Tensão de pico na saída (Vp):
Vp = 14.297 V
 
A tensão reflete a queda de 0,7 V + R.I para cada diodo:
Total por semiciclo:
2. Tensão média (VDC):
3. Tensão eficaz (Vrms):
	Modelo de Diodo
	Vp (V)
	VDC (V)
	Vrms (V)
	0,7 V + 0,2 Ω
	14.297
	9.1
	10.10
Tabela 7 - Dados do Diodo 0,7 V + 0.2Ω (Onda completa).
	Modelo de Diodo
	Vp (V)
	VDC (V)
	Vrms (V)
	Ideal
	15
	9.549
	10.6066
	0,7V
	13.6
	8.686
	9.616
	0,7 V + 0,2 Ω
	14.297
	9.10
	10.10
Tabela 8 - Dados dos Retificadores de Onda Completa.
A análise dos retificadores de onda completa mostrou claramente o impacto que diferentes modelos de diodo exercem sobre a forma de onda e os valores médios e eficazes da tensão na carga. Em todos os casos, a topologia em ponte garantiu a condução nos dois semiciclos da fonte alternada, resultando em uma forma de onda de saída completamente retificada.
Com o diodo ideal, a tensão de pico na carga foi igual à tensão de entrada (15 V), sem perdas. Isso se refletiu nos valores máximos de tensão média (VDC = 9,549 V) e eficaz (Vrms = 10,6066 V), servindo como referência para os demais modelos.
No modelo com diodo de 0,7 V, observou-se uma queda total de 1,4 V por semiciclo, devido à condução de dois diodos por ciclo. A tensão de pico caiu para 13,6 V, com reduções proporcionais em VDC (8,686 V) e Vrms (9,616 V). Apesar da queda, a forma de onda manteve sua simetria, e a condução continuou eficiente.
Já com o modelo mais realista — diodo com 0,7 V + 0,2 Ω —, os valores de tensão sofreram uma leve redução adicional. A tensão de pico foi de 14,297 V, e as perdas extras (~0,006 V) foram causadas pelas resistências internas dos diodos. Contudo, como a corrente do circuito foi baixa (15 mA), o impacto da resistência foi praticamente desprezível. Os valores de VDC (9,097 V) e Vrms (10,10 V) ficaram muito próximos aos do modelo com apenas a queda de 0,7 V.
Em resumo, quanto mais realista o modelo do diodo, menores são os valores de saída, especialmente a tensão de pico e os valores médios/eficazes. No entanto, para aplicações de baixa corrente, a diferença entre os modelos de 0,7 V e 0,7 V + 0,2 Ω é mínima. A forma de onda permanece retificada e funcional em todos os casos, reforçando a robustez da configuração em ponte para retificação de onda completa.
4 CONCLUSÃO
Este pré-laboratório permitiu uma análise comparativa detalhada dos retificadores de meia onda e de onda completa em ponte através de simulações no software PSIM. A investigação focou no impacto de três diferentes modelos de diodo – ideal, com queda de tensão de 0,7V, e com queda de 0,7V acrescida de uma resistência interna de 0,2Ω – sobre as características da tensão retificada na carga.
As simulações confirmaram que o retificador de onda completa em ponte apresenta um desempenho superior ao de meia onda, fornecendo uma tensão média (VDC) e eficaz (Vrms) significativamente maiores, além de uma frequência de ondulação dobrada (120 Hz contra 60 Hz), o que facilitaria uma eventual filtragem subsequente.
Observou-se que a escolha do modelo de diodo influencia diretamente a tensão de saída. O modelo ideal, ao desconsiderar perdas, resulta nos maiores valores de tensão de pico, média e eficaz. A introdução da queda de tensão de 0,7V (Modelo 2) reduz esses valores, refletindo a barreira de potencial intrínseca aos diodos de silício. O Modelo 3, que adiciona a resistência interna, causa uma diminuição adicional na tensão de saída, embora, para a carga de 1kΩ utilizada, essa redução tenha se mostrado pequena em relação ao Modelo 2, indicando que o efeito da resistência interna do diodo é mais pronunciado para correntes mais elevadas.
A concordância entre os resultados simulados e os valores teóricos calculados foi satisfatória, validando tanto a compreensão teórica dos circuitos quanto a precisão das simulações realizadas no PSIM. Conclui-se, portanto, que enquanto o modelo ideal é útil para uma compreensão básica, modelos mais realistas (como o de queda constante ou o que inclui resistência interna) são necessários para uma análise mais precisa do comportamento de circuitos retificadores, especialmente em aplicações onde as perdas nos diodos não podem ser desprezadas.
5 REFERÊNCIAS
MALVINO, Albert Paul; BATES, David J.
*Eletrônica - Volume 1*. 8. ed. Porto Alegre: AMGH, 2016.
Capítulo sobre diodos e circuitos retificadores (fornece a base teórica para os cálculos de VDC e Vrms em retificadores de meia onda).
POWERSIM INC.
*PSIM: User's Guide - Version 9.1.1.400*.Rockville: Powersim Inc., 2021.
Manual do software utilizado para as simulações dos circuitos com diodos.
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