Instrumento do Tipo Retificador
Definição
Instrumentos que utilizam um elemento retificador para medir tensão e corrente são conhecidos como instrumentos retificadores. O elemento retificador converte a corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC), que é então indicada por um medidor sensível a CC. Um instrumento de bobina móvel com ímã permanente (PMMC) é comumente usado como dispositivo indicador.
Os instrumentos retificadores exibem maior sensibilidade em comparação com os instrumentos de bobina móvel e eletrodinamômetro, tornando-os adequados para medições de corrente e tensão. A disposição do circuito de um instrumento retificador é mostrada na figura abaixo, apresentando quatro díodos que funcionam como o elemento retificador.
A resistência multiplicadora Rs é usada para limitar a corrente de modo que seu valor não exceda a classificação do instrumento PMMC.
Elemento Retificador
Um elemento retificador converte a corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC), garantindo o fluxo unidirecional de corrente através do instrumento PMMC. Materiais comuns para elementos retificadores incluem óxido de cobre, células de selênio, díodos de germânio e díodos de silício.
O elemento retificador exibe resistência zero no estado polarizado para frente e resistência infinita no estado polarizado para trás, uma propriedade crítica para a retificação.
Curva Característica do Elemento Retificador
A curva característica de um circuito retificador é mostrada na figura abaixo. Idealmente, o elemento retificador não tem queda de tensão na direção para frente e bloqueia toda a corrente na direção reversa.
Mas, na prática, isso não é possível. A curva característica real do elemento retificador é mostrada na figura abaixo.
Circuito Retificador de Meia Onda
A figura abaixo ilustra um circuito retificador de meia onda. O elemento retificador está conectado em série com a fonte de tensão, a resistência multiplicadora e o instrumento de bobina móvel com ímã permanente (PMMC). A resistência para frente do díodo é considerada negligenciável.
Quando uma fonte de tensão DC é aplicada ao circuito, uma corrente Im flui através dele, com magnitude igual a V/(Rm + RS). Essa corrente causa o desvio total no instrumento.
Quando uma tensão CA é aplicada ao mesmo circuito, o elemento retificador converte a tensão CA em tensão DC unidirecional, resultando em uma saída retificada através do instrumento. O instrumento PMMC se desvia com base no valor médio da corrente, que depende do valor médio da tensão da fonte CA.
Valor Médio da Tensão
O cálculo acima indica que a sensibilidade do instrumento para CA é 0,45 vezes a sensibilidade de corrente para DC.
Instrumento Retificador de Onda Completa
O circuito de um retificador de onda completa é mostrado na figura abaixo.
A tensão DC aplicada ao circuito causa o desvio total do medidor PMMC. A tensão senoidal aplicada ao medidor expressa-se como
Para o mesmo valor de tensão, o valor médio da CA é 0,9 vezes o da CC. Em outras palavras, a sensibilidade do instrumento com CA é 90% daquela com CC.
A sensibilidade de um instrumento retificador de onda completa é o dobro da de um instrumento retificador de meia onda.
Sensibilidade do Instrumento Retificador
A sensibilidade de um instrumento reflete como a quantidade medida varia de entrada para saída, como a sensibilidade de CC de um instrumento retificador.
A sensibilidade de um instrumento retificador de CA depende do tipo de elemento retificador usado no circuito.
Fatores que Afetam o Desempenho dos Instrumentos Retificadores
Os seguintes fatores impactam o desempenho do instrumento quando usado com CA:
Efeitos da Forma de Onda
Instrumentos retificadores são calibrados com base no valor RMS (root-mean-square) de tensão e corrente. O fator de forma de instrumentos retificadores de meia onda e de onda completa é fixo para a escala calibrada. Se uma forma de onda com um fator de forma diferente for aplicada, ocorrerão erros de leitura devido à incompatibilidade da forma de onda.
Efeito da Mudança de Temperatura
A resistência do elemento retificador varia com a temperatura, introduzindo erros nas medições do instrumento.
Efeito das Correntes de Alta Frequência
Instrumentos retificadores têm características de capacitância imperfeitas, permitindo que correntes de alta frequência passem e afetem as leituras.
Diminuição da Sensibilidade
A sensibilidade de instrumentos retificadores para operação em CA é menor do que para operação em CC.
Vantagens dos Instrumentos Retificadores
Faixa de Frequência Expandida: Opera de 20 Hz a faixas de alta frequência.
Baixo Consumo de Corrente: Para voltímetros, a faixa de operação de corrente é muito menor do que outros instrumentos de CA.
Escalas Uniformes: Fornece escalas uniformes em uma ampla faixa de medição.
Precisão Moderada: Alcança precisão de ±5% sob condições normais de operação.
Aplicações de Instrumentos Retificadores
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