(Parte 1 de 2)

DIODOS

O diodo é um componente formado por dois cristais semicondutores de silício ou germânio. Durante a fabricação, os semicondutores recebem a mistura de outras substâncias, formando assim um cristal P e um outro N. O terminal P recebe o nome de anodo e o N recebe o nome de catodo. Abaixo vemos o símbolo e aspecto deste componente:

 

FUNCIONAMENTO DOS DIODOS

 

O diodo só conduz corrente elétrica quando a tensão do anodo for maior que a do catodo, portanto eles podem funcionar como chave interruptora. Abaixo vemos o esquema de funcionamento:

 

DIODOS RETIFICADORES

 

São projetados para trabalharem com altas correntes (1 A para cima). Possuem o encapsulamento de "epoxi" e são encontrados em fontes de alimentação, amplificadores de potência e outros circuitos de altas correntes. Alguns representantes desta categoria são: 1N4007 (de 1 A), 1N5404 (para 3 A) e os da série SKE. Nestes, o primeiro número indica a corrente máxima e o segundo, a tensão máxima. Ex: SKE1/08 é para 1 A e 800 V. Abaixo vemos alguns modelos de retificadores:

 

DIODOS DE SINAL

São projetados para funcionarem com baixas correntes (menos de 1 A). Possuem o encapsulamento de vidro, podem ser de silício ou germânio e os encontraremos nos circuitos chaveadores ou retificadores de baixa corrente.

Alguns representantes desta categoria são: 1N4148, 1N4151, BAW62 (silício), 1N60, AA119, OA90 (germânio). Abaixo vemos estes tipos:

 

DIODOS ZENERS

O diodo zener é um dispositivo que tem quase as mesmas características que um diodo normal. A diferença está na forma como ele se comporta quando está polarizado reversamente.

Para isto devemos aplicar tensão igual ou maior que a indicada no corpo dele. Quando um zener está conduzindo no sentido inverso, ele mantém a tensão constante nos seus terminais. Portanto ele pode ser usado como estabilizador de tensão ou em circuitos de proteção.

 

No diodo normal, polarizado reversamente, ocorre um fenômeno chamado de efeito avalanche ou efeito zener, que consiste num aumento repentino da corrente reversa, dissipando potência suficiente para ruptura da junção PN, danificando o diodo. A tensão na qual ocorre o efeito zener é chamada de tensão de ruptura ou Breakdown voltage (VBR)

O diodo zener é construído com uma área de dissipação de potência suficiente para suportar o efeito avalanche. Assim, a tensão na qual este efeito ocorre é denominado de tensão zener (VZ) e pode variar em função do tamanho e do nível de dopagem da junção PN. Comercialmente são encontrados diodos com VZ de 2 a 200 volts.

 

Abaixo vemos o funcionamento e alguns tipos de zener:

Os zeners padronizados são: 2V4, 2V7, 3, 3V3, 3V9, 4V3, 4V7, 5V1, 5V6, 6V2, 6V8, 7V5, 8V2, 9V1, 10, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 39, 43, 75, 91, 120, 130 V.

 

 

Regulador de Tensão com Zener

No circuito abaixo formado por um diodo zener polarizado reversamente pela fonte VE e um resistor limitador de corrente, temos que:

A tensão VZ permanece constante para correntes entre IZmin e IZmax. Podendo o diodo ser substituído pelo seu modelo ideal.

Na especificação de um circuito regulador devemos nos preocupar em definir limites para VE e RS de modo a não danificar o diodo.

Regulador de Tensão com Carga

As quatro aplicações básicas dos reguladores de tensão, são as seguintes:

    • Estabilizar uma tensão de saída para uma carga fixa a partir de uma tensão constante.

    • Estabilizar uma tensão de saída para uma carga variável a partir de uma tensão constante.

    • Estabilizar uma tensão de saída para uma carga fixa a partir de uma tensão com ripple.

    • Estabilizar uma tensão de saída para uma carga variável a partir de uma tensão com ripple.

O primeiro caso seria o mais simples, por exemplo, se desejássemos alimentar um aparelho de 4,5 V a partir de uma bateria de 12 V. O último caso é o mais geral, geralmente o encontrado nas fontes de tensão com filtros capacitivos.

Basicamente, o projeto de um regulador de tensão com carga consiste no cálculo da resistência limitadora de corrente RS conhecendo-se as demais variáveis do circuito:

    • Tensão de entrada (constante ou com ripple)

    • Carga (fixa ou variável)

    • Tensão de saída esperada

    • Especificações do diodo zener

 

Exemplo 1 - Determine RS do regulador de tensão acima para que uma fonte de tensão de 12 V fixos alimente um circuito com carga constante de 1 kW e tensão de 5,6 V, usando um diodo zener de VZ=5,6V e IZmax=100mA..

    • Solução: O resistor RS deve satisfazer as condições dadas pelas especificações do diodo.

    • Com a corrente mínima definimos o valor máximo para RS

    • Com a corrente máxima definimos o valor mínimo para RS

    • Definimos um valor comercial para RS dentro do intervalo estabelecido.

    • Calculamos a potência dissipada pelo resistor.

 

Exemplo 2 - Uma fonte de alimentação foi projetada para alimentar uma carga de 560W com tensão de 15V. Porém o sinal de saída do filtro capacitivo corresponde a uma tensão de 22V com ripple de 5Vpp. Determinar RS do regulador de tensão que elimina o ripple desta fonte e estabiliza sua tensão em 15V.

    • Solução: O resistor RS deve satisfazer as condições dadas pelas especificações do diodo e pela variação da tensão de entrada..

    • Com a corrente mínima definimos o valor máximo para RS. A corrente mínima acontece para o valor mínimo de VE.

    • Com a corrente máxima definimos o valor mínimo para RS. A corrente máxima acontece para o valor máximo de VE.

    • Definimos um valor comercial para RS dentro do intervalo estabelecido.

    • Calculamos a potência dissipada pelo resistor.

Outras Aplicações do Diodo Zener

 

O diodo zener ainda será bastante explorado em conjunto com outros dispositivos, tais como transistores e amplificadores operacionais. Sozinho, ele ainda pode ser utilizado com circuito limitador duplo ou como referência para fontes com vários níveis de tensão (figuras abaixo).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FUNÇÕES DOS DIODOS

 

No circuito, eles fazem basicamente o papel de chaves liga/desliga. Encontraremos em fontes de alimentação, estabilizadores, circuitos de proteção, etc. Abaixo vemos um exemplo de diodos funcionando como retificadores de fonte de alimentação (transformando a corrente alternada em pulsante):

(Parte 1 de 2)

Comentários