Quais são as vantagens do retificador em ponte em relação ao retificador com derivação central?
Passo 1
O enunciado pergunta: “Quais são as vantagens do retificador em ponte em relação ao retificador com derivação central?”\n
Informações relevantes que eu vou usar (tudo explícito aqui para não assumir nada):
Informações relevantes que eu vou usar (tudo explícito aqui para não assumir nada):
- Um retificador com derivação central usa um transformador com tomada central e dois diodos (um por cada meio-enrolamento).
- Um retificador em ponte usa um transformador sem necessidade de tomada central e quatro diodos (ponte de diodos).
- Vou chamar de
a tensão eficaz (RMS) do enrolamento secundário inteiro do transformador. - Vou chamar de
a queda de tensão aproximada por diodo (por exemplo para diodo de silício). - Em termos de forma de onda, ambos são retificadores de onda completa (a frequência do ripple é
, onde é a frequência da rede).
A partir disso eu vou comparar ponto a ponto e mostrar cálculos ilustrativos para deixar claro como e por que a ponte tem (ou não) vantagens.
Passo 2
Entendendo o valor de pico disponível em cada caso (passo chave para comparar): explico e deduzo as expressões passo a passo.\n
Definições e raciocínio: a tensão de pico de um enrolamento cuja tensão eficaz (RMS) é é
.\n
Para o retificador com derivação central: o secundário inteiro tem RMS, mas cada metade (cada meio-enrolamento entre uma ponta e o centro) tem
. Então o pico de cada meio-enrolamento é
Definições e raciocínio: a tensão de pico de um enrolamento cuja tensão eficaz (RMS) é
Para o retificador com derivação central: o secundário inteiro tem
Como em cada semiciclo a corrente passa por apenas um diodo, o pico DC aproximado (sem carga que o descarregue instantaneamente) será
Passo 3
Agora o retificador em ponte: o secundário inteiro é usado (sem divisão), seu pico é
Durante cada semiciclo, a corrente atravessa dois diodos em série na ponte, então a queda total em diodos é aproximadamente
. Assim o pico DC aproximado é
Passo 4
Comparação numérica ilustrativa (para “sentir” a diferença): suponha
(RMS do secundário inteiro) e
.\n
Calculemos os picos:
Calculemos os picos:
Conclusão rápida do exemplo: com o mesmo secundário RMS o retificador em ponte entrega um valor DC muito maior que o retificador com derivação central (a ponte usa todo o enrolamento, o CT usa só metade por semiciclo).
Passo 5
Vantagem prática 1 — melhor aproveitamento do enrolamento (melhor utilização do transformador):\n
Explicação didática: no retificador com derivação central cada semiciclo usa apenas metade do secundário; isso significa que, para obter a mesma tensão DC, o transformador teria de fornecer maior corrente ou ter um secundário com características diferentes (mais enrolamento/mais cobre), tornando-o mais caro e pesado. Na ponte o enrolamento inteiro é usado continuamente (com polaridade alternada), portanto para uma mesma corrente DC a solicitação térmica e a utilização do cobre do transformador ficam melhores. Por isso dizemos que a ponte tem melhor “utilização do transformador” e normalmente permite um transformador mais barato para o mesmo resultado DC.
Explicação didática: no retificador com derivação central cada semiciclo usa apenas metade do secundário; isso significa que, para obter a mesma tensão DC, o transformador teria de fornecer maior corrente ou ter um secundário com características diferentes (mais enrolamento/mais cobre), tornando-o mais caro e pesado. Na ponte o enrolamento inteiro é usado continuamente (com polaridade alternada), portanto para uma mesma corrente DC a solicitação térmica e a utilização do cobre do transformador ficam melhores. Por isso dizemos que a ponte tem melhor “utilização do transformador” e normalmente permite um transformador mais barato para o mesmo resultado DC.
Passo 6
Vantagem prática 2 — maior tensão DC disponível com o mesmo secundário:\n
Explicação: já visto numericamente no passo anterior; a ponte aproveita todo o pico enquanto a derivação central só aproveita
. Mesmo com a queda de
na ponte, o resultado final normalmente é muito maior do que no CT. Na prática isso significa menos enrolamento ou menos relação de transformação necessária para alcançar uma dada tensão DC quando se usa ponte.
Explicação: já visto numericamente no passo anterior; a ponte aproveita todo o pico
Passo 7
Vantagem prática 3 — custo e disponibilidade dos componentes:\n
Explicação: construir um transformador com derivação central exige um enrolamento especial (ou dois enrolamentos iguais com derivação comum), o que aumenta custo e complicação. Diodos são componentes muito baratos e compactos; pagar por dois diodos a mais (4 no total vs 2 no CT) normalmente é muito mais barato do que fabricar um transformador especial. Isso faz com que o arranjo em ponte seja mais econômico e prático em produção em massa.
Explicação: construir um transformador com derivação central exige um enrolamento especial (ou dois enrolamentos iguais com derivação comum), o que aumenta custo e complicação. Diodos são componentes muito baratos e compactos; pagar por dois diodos a mais (4 no total vs 2 no CT) normalmente é muito mais barato do que fabricar um transformador especial. Isso faz com que o arranjo em ponte seja mais econômico e prático em produção em massa.
Passo 8
Vantagem prática 4 — simplicidade de implementação e montagem:\n
Explicação: retificador em ponte não exige que o transformador tenha uma ponta central acessível — você pode usar um transformador padrão. Isto facilita padronização, substituição e projeto de fontes. Também facilita isolamento e aterramento quando necessário, sem depender de uma tomada central do enrolamento.
Explicação: retificador em ponte não exige que o transformador tenha uma ponta central acessível — você pode usar um transformador padrão. Isto facilita padronização, substituição e projeto de fontes. Também facilita isolamento e aterramento quando necessário, sem depender de uma tomada central do enrolamento.
Passo 9
Pontos a considerar (limitações e porque às vezes o CT ainda é usado) — para equilibrar a visão:\n
- Queda em diodos e perdas: a ponte tem duas quedas de diodo por semiciclo, logo as perdas em diodo são aproximadamente
enquanto no CT . Ou seja, em termos de dissipação nos diodos o CT é melhor. Porém, hoje em dia, com diodos Schottky (menor ) ou tolerância a pequenas perdas, isso raramente compensa o custo/complexidade do transformador. - Para alimentação simétrica (dupla alimentação
) o CT pode ser vantajoso porque o centro já fornece uma referência para montar fontes simétricas sem pontes adicionais. Mas a ponte também pode ser usada com transformadores apropriados ou com duas secundárias. - A frequência do ripple é igual em ambos (onda completa), portanto a filtragem (capacitor) tem requisitos de frequência iguais; o tamanho do capacitor depende de corrente de carga e ripple desejado, não do tipo de retificador diretamente.
Passo 10
Resumo e dica prática para prova: quando o enunciado pede “por que escolher ponte em vez de derivação central?”, memorize e motive com estes pontos curtos e claros — e, se pedir número, use as fórmulas de pico que mostrei para justificar:\n
- Ponte usa todo o enrolamento:
. - CT usa meia parte por semiciclo:
.
Comparando essas expressões com números (como no exemplo) dá a razão prática: ponte entrega mais tensão DC e melhor aproveitamento do transformador; custo/complexidade do transformador tende a ser a decisão-chave.
Resposta
Melhor aproveitamento do transformador (a ponte usa todo o enrolamento, o CT usa só metade por semiciclo).
Maior tensão DC disponível para o mesmo secundário ( versus
).
Menor custo/praticidade (não precisa de transformador com derivação central; diodos extras são baratos).
Maior flexibilidade de projeto e disponibilidade de transformadores padrão (facilita padronização e substituição).
Maior tensão DC disponível para o mesmo secundário (
Menor custo/praticidade (não precisa de transformador com derivação central; diodos extras são baratos).
Maior flexibilidade de projeto e disponibilidade de transformadores padrão (facilita padronização e substituição).