Diodo Aplicações

Grampeador de tensão

Um grampeador de tensão tem como função adicionar um nível DC (offset) a um sinal AC. O circuito e sua saída, para um sinal AC (Vp = 5 V e f = 1 kHz), podem ser vistos na figura a seguir:

Figura 1. Grampeador de tensão

O funcionamento é bastante simples, na primeira metade do semiciclo negativo do sinal de entrada, o diodo conduz e o capacitor se carrega com o valor de pico da entrada menos a queda no diodo. Na segunda metade do semiciclo negativo, o diodo deixa de conduzir e a tensão na saída será igual à soma a tensão no capacitor com o sinal de entrada. Dessa forma, o circuito grampeador adiciona um nível DC ao sinal que é próximo ao seu valor de pico.

Dobrador de tensão

Utilizando um grampeador de tensão e um retificador de meia onda com um capacitor de filtro, é possível obter uma tensão DC de saída com valor próximo ao dobro do valor de pico de um sinal AC de entrada. O circuito pode ser visto na figura a seguir:

Figura 2. Dobrador de tensão de meia onda

O funcionamento é bastante simples, o capacitor irá se carregar com a tensão máxima do grampeador, que é, aproximadamente, 2 vezes o valor de pico do sinal de entrada. O diodo não permitirá a circulação de corrente, dessa forma, o capacitor só poderá se descarregar fornecendo corrente para a carga.

A topologia vista anteriormente é de meia onda, existindo outras topologias, como a de onda completa. Seguindo o mesmo principio do dobrador é possível montar outros circuitos multiplicadores de tensão, como o triplicador de tensão.

Retificador de meia onda

Como o diodo só conduz em um sentido é possível permitir que apenas a parte positiva de um sinal AC chegue a uma carga, além disso, utilizando um capacitor é possível filtrar esse sinal para que se mantenha em um nível DC constante. Um circuito retificador de meia onda com e sem filtro, com suas saídas, podem ser vistos na imagem a seguir:

Figura 3. Retificador de meia onda, com e sem filtro

Essas ondulações (Ripple) na saída do retificador com filtro são resultados da descarga do capacitor, o tempo de descarga do capacitor depende da constante RC. Dessa forma, é possível diminuir a tensão de ripple utilizando-se um capacitor de maior capacitância. Para o calculo da tensão de ripple, temos:

$V_{Ripple}=\frac{V_{P}}{f\times C\times R_{L}}$

Onde:

$V_{P}=$ Tensão de pico

$f=$ frequência do sinal retificado

$C=$ Capacitância do capacitor de filtro

$R_{L}=$ Resistência da carga

A tensão de ripple pode ser eliminada com o uso de um regulador de tensão.

Retificador de onda completa

Outra forma de se diminuir a tensão de ripple é usar um retificador de onda completa. Como pode ser visto na imagem a seguir:

Figura 4. Retificador de onda completa

O funcionamento é bastante simples, no semiciclo positivo o diodo superior conduz e o inferior não conduz. No semiciclo negativo o diodo superior não confuz e o inferior conduz, fazendo com que a corrente circule pelo terminal positivo da carga sempre. Dessa forma, o sinal de saída apresenta uma frequência duas vezes maior que a frequência do sinal de entrada, fazendo com que o processo de carga do capacitor ocorra mais rapidamente e, consequentemente, diminuindo a tensão de ripple.

A desvantagem, dessa topologia é o uso de um transformador com um secundário de 3 terminais, o uso do terminal central como GND, reduz a tensão de pico pela metade. Uma forma de superar essa limitação é o uso de uma ponde retificadora, que será explicada a seguir:

Ponte retificadora 

Uma ponte retificadora retifica o sinal de entrada de forma completa, sem a redução do valor de pico. Uma ponte retificadora com e sem filtro, com suas saídas, podem ser vistos na imagem a seguir:

Figura 5. Ponte retificadora, com e sem filtro

O funcionamento é bastante simples, no semiciclo positivo, apenas o diodo superior direito e o diodo inferior esquerdo conduzem. No semiciclo negativo, apenas o diodo inferior direito e o diodo superior esquerdo conduzem. Dessa forma, nos dois semiciclos ocorre a condução de corrente na carga. A desvantagem, dessa topologia é o uso de 4 diodos.

Tipos especiais de Diodo 

Além do diodo comum, existem outros tipos de diodo, tais como, Diodo Zener, Varicap, LED, Schottky, Fotodiodo e etc. Focarei apenas em dois, o LED e o Zener.

LED

O LED (Light Emitting Diode) é um diodo emissor de luz. Funcionamento, quando diretamente polarizado, na região de depleção ocorrem recombinações de lacunas e elétrons. Essas recombinações fazem com que os elétrons liberem energia, na forma de calor ou luz. No silício e no germânio essa energia é quase totalmente liberada na forma de calor, mas em materiais como o arsenieto de gálio e o fosfeto de gálio, parte da energia é liberada como fótons de luz.

Os LEDs são muito usados na produção de displays, iluminação, indicadores, e etc. Para seu uso, alguns critérios devem ser respeitados, como, polarização e corrente máxima, para mais informações consultar o datasheet do LED a ser usado.

Se quisermos alimentar um LED com uma determinada tensão, precisamos usar um resistor limitador de corrente. Para um LED vermelho de 5 mm, considerando sua barreira de potencial igual a 2 V, com uma corrente de 15 mA. Calcular o resistor para uma tensão de 5 V e 9 V.

$R=\frac{V_{CC}-V_{D}}{I_{D}}$ 

$R=\frac{5-2}{15\times10^{-3}}$

$R=200 \Omega$

$R=\frac{9-2}{15\times10^{-3}}$

$R=466.67$ 

$R=470 \Omega$ (valor comercial)

Diodo Zener

O diodo Zener é um tipo de diodo utilizado para trabalhar na região de ruptura. Sua função é fornecer uma tensão de referencia, aproximadamente, constante que será igual a sua tensão de ruptura.

Sua aplicação será mais bem entendida em um exemplo, observe o circuito a seguir:

Figura 6. Divisor de tensão

Como as duas resistências são iguais, a tensão da bateria será dividida igualmente. Dessa forma, temos 6 V em cada resistor, se quisermos que a tensão no segundo resistor seja igual a 5 V , podemos usar um diodo Zener (1N4733A) para gerar essa tensão de referência, como pode ser visto na imagem a seguir:

Figura 7. Diodo Zener

O diodo Zener só irá ligar quando a tensão no segundo resistor for maior que 5 V. Uma coisa que deve ser considerada é a potencia máxima suportada pelo diodo Zener. Para o calculo da potencia no diodo Zener, temos:

$P_{Z}=I_{Z}\times V_{Z}$

$V_{Z}=5 V$

$I_{Z}=I_{R1}-I_{R2}$

$I_{R1}=\frac{12-5}{1000}$

$I_{R1}=7 mA$

$I_{R2}=\frac{5}{1000}$

$I_{R2}=5 mA$

$I_{Z}=7m-5m$

$I_{Z}=2 mA$

$P_{Z}=2m\times5$

$P_{Z}=10 mW$

Essa potencia não pode ser maior que a potencia especificada pelo datasheet do componente, caso seja maior, outro componente deve ser usado para atender as necessidades.

Com isso, encerra-se o conteúdo sobre diodo nesta página, o próximo assunto a ser abortado será transistor de junção bipolar (TJB). Até lá e parabéns por ter chegado até aqui.

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