Conceitos em vários níveis sobre diodos que você poderá utilizar em projetos

Explicações objetivas sobre diodo e vários conceitos que poderão ser utilizados em projetos. Então você verá conceitos básicos, intermediários e até alguns um pouco avançados.

Considerações iniciais

Características IxV de vários diodosPodemos pensar no diodo como uma chave controlada pela polaridade da fonte de tensão. Assim, temos:

  • Chave fechada → Tensão da fonte positiva;
  • Chave aberta → Tensão da fonte negativa.

Como um componente ideal, o diodo, quando está conduzindo, funciona como um curto-circuito, mas na prática ele funciona como uma bateria de 0,65 a 0,7 V (os mais comuns, já que existe diodo que funciona com tensão diferente, com no gráfico acima).

Nunca esqueça de que componentes físicos possuem características e limitações próprias que os tornam diferentes do modelo ideal. Isto é especialmente importante quando vamos praticar e montar circuitos que projetamos.

A maioria dos livros utiliza modelos ideais, didáticos, para entendimento geral dos conceitos, sem levar em consideração vários parâmetros e características específicas de projeto.

Alguns efeitos que ocorrem nele fazem com que seja necessário representar o modelo de circuito do diodo com elementos capacitivos. O valor das capacitâncias depende da amplitude e da polaridade da tensão aplicada ao diodo.

Uma das mais úteis aplicações do diodo é a produção de tensões contínuas (cc) a partir de fontes alternadas (ca). Esta produção recebe o nome de retificação.

Em projetos de fonte de alimentação, geralmente a resistência R do filtro não é considerada muito maior do que resistência de carga (Rc). Esta Rc costuma ser removida do circuito, para torná-la infinita, o que provoca um aumento da tensão de saída.


Uma pequena pausa para você levar esse conteúdo a mais pessoas e ajudá-las a aplicar todo o mais que você verá ao continuar lendo o artigo. Indique diretamente ou clique nos links abaixo:

Considerações sobre retificação

Diodo em ponte e dobrador de tensão com chave
Crédito: Krishnavedala (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Switcheable_rectifier.svg)
  • Acima, na imagem, um retificador em ponte. Com a chave aberta o circuito funciona como um retificador em ponte. Com a chave S1 fechada ele funciona como dobrador de tensão.

Como na maioria dos circuitos eletrônicos a alimentação é cc, precisamos de alguma associação retificador-filtro. A rede de alimentação elétrica é ca (alternada), então precisamos desta associação para conseguirmos a tensão contínua.

Retificador de meia-onda: o diodo, por não ser linear (o gráfico IxV é exponencial), vai causar uma distorção na forma de onda da corrente quando o sinal de entrada for senoidal.

A tensão de ondulação no retificador de onda completa é dada, basicamente, em função da componente de sinal na frequência fundamental. O retificador de onda completa é mais eficiente na produção de tensões cc com baixa ondulação.

É mais eficiente porque este retificador:

  • Fornece à carga uma tensão que tem o menor termo de frequência em 2×ωo;
  • E a componente cc é o dobro da obtida no retificador de meia onda.

Frequências harmônicas

A partir da retificação, podemos obter sinais de frequências múltiplas inteiras da frequência da fonte.

Isto pode ser visto, por exemplo, ao resolver a série de Fourier para a equação da tensão retificada, sobre a carga (componente de saída do circuito).

Além do diodo gerar um termo cc e outro na mesma frequência da fonte, aparecerão na equação (expansão da série de Fourier) termos em frequências harmônicas que não existiam na tensão da fonte.

Como o objetivo da retificação é produzir tensões contínuas, estamos interessados nesse termo cc, não nas frequências harmônicas. Assim, precisamos separar o cc das harmônicas, utilizando um filtro (teoria de circuitos elétricos). Este filtro é conectado à resistência de carga.

Detector de pico

Diodo em detector de envoltória

  • Acima, um simples circuito detector de envoltória.

A componente cc na saída do retificador de onda completa é cerca de apenas 64% do valor de pico da tensão senoidal de entrada.

O detector de pico (ou de envoltória) fornece uma saída cc comparável ao valor de pico da tensão de entrada. Por isso, o detector de envoltória pode ser usado como etapa de fonte de alimentação.

Este detector também é utilizado em receptores de AM para detectar a envoltória da portadora modulada em amplitude. Caso precise, leia meu artigo sobre sistemas de comunicação para saber o que é portadora.

Em sistemas AM, a constante de tempo de descarga do circuito RLC (resistor, indutor e capacitor) deve ser escolhida de forma a fazer o circuito acompanhar a envoltória (varia no tempo e contém a informação desejada).

Para a tensão sobre a carga acompanhar a envoltória da tensão de entrada, a tensão no capacitor deve variar tanto quanto a máxima variação da envoltória durante um ciclo (T = 1/fo) completo da portadora (fo é a frequência fundamental).

Diodo em lógica

Diodos podem ser utilizados na formação de portas lógicas. As operações lógicas E e OU são as operações lógicas mais fáceis de implementar usando diodos.

Porém, lógica com diodos não costuma ser usada na prática. Existe atenuação (queda de tensão) nesse tipo de circuito, além de tecnologias melhores.

Assim, você pode usar diodos em lógica de uma forma didática, para ensinar diodos e eletrônica digital ao mesmo tempo.

Mesmo conectando um transistor ao diodo para amplificar o sinal, a atenuação faz com que a solução com diodos não seja a melhor.

Outros tipos de diodo

Tipos de diodo
Crédito: File:Electronic_component_diodes.jpg – Autor: me

Diodos varicap ou varactor

São fabricados para operarem na região reversa e podem ser projetados para apresentarem capacitâncias de centenas de pF (pico farads).

Este diodo pode ser usado em circuitos de modulação em frequência (FM), onde um diodo reversamente polarizado é colocado em paralelo com um indutor.

Ao variar Vr (tensão reversa), a frequência de ressonância do circuito sintonizado pode ser alterada. Neste caso, o circuito sintonizado é formado pelo indutor em paralelo com a capacitância originada pelo diodo varicap.

Exemplo: se Vr for um sinal de voz, a frequência de ressonância será proporcional à amplitude desse sinal – a frequência será modulada.

Diodo Schottky

É muito usado em chaveamento de alta velocidade, usado em circuitos integrados. A resposta “tensão x corrente” (gráfico) é semelhante à de um diodo comum, mas o limiar de condução Vf é de aproximadamente 0,3 V.

Diodo Zener

Possui propriedades controladas de polarização reversa. Muito usado como dispositivo de referência de tensão, sendo uma das principais aplicações o circuito regulador de tensão.

A ideia é manter a tensão aproximadamente constante sobre um componente, mesmo que a tensão de entrada e este componente variem dentro de uma larga faixa.

A corrente exigida na tensão nominal tem o nome de corrente de teste Izt. A especificação de máxima potência do diodo geralmente é de 4x a dissipação na tensão de Zener:

Pz,max = 4×Izt×Vzt.

O diodo zener pode ser usado para reduzir a tensão de ondulação tipicamente presente em saídas de fontes de alimentação cc. Em geral, é usado regulador integrado (CI) para realizar a regulação de tensão.

Mais de um diodo, em CI

O detector de fase, a chave analógica e o multiplicador são algumas aplicações do conjunto (“array”) de diodos, que é uma ponte de diodos associada a diodos isolados.

O conjunto é fabricado no mesmo circuito integrado (CI), e vendido assim. Por serem feitos desta forma, as características dos diodos deste CI são quase idênticas. Isto não ocorre com diodos vendidos separadamente.

Uma ponte de diodos pode ser usada como uma chave em um circuito com resistores, que é ligada e desligada pela tensão de controle. Em circuitos práticos, a chave analógica é comandada por um amp-op (amplificador operacional).

Super diodo

Circuito com Amp-Op para funcionar como super diodo
Crédito: Alessio Damato (File:Super diode improved.svg)

O circuito acima funciona como um super diodo.

Considerações sobre temperatura

As características de operação do diodo variam com a temperatura, principalmente quando a potência tiver valores elevados. Esta dependência da temperatura varia os seguintes parâmetros do diodo:

⦁ Tensão direta Vf;
⦁ Tensão de ruptura Vz;
⦁ Corrente de saturação reversa Io.

Quando a temperatura do diodo varia consideravelmente, sua potência dissipada geralmente aumenta. Este aumento faz com que a sua temperatura aumente ainda mais, o que pode danificar o componente. É o aquecimento cumulativo.

Efeitos importantes da temperatura em diodos:

⦁ Quando um diodo está diretamente polarizado, um aumento de temperatura provoca uma diminuição da tensão.
⦁ Em torno da temperatura ambiente a corrente de saturação reversa (Io) aproximadamente dobra a cada elevação de 10°C na temperatura. Da mesma forma, Io cai à metade para cada redução de 10°C na temperatura.
⦁ A variação na tensão de Zener Vz, com a temperatura, é proporcional ao valor de ruptura e à própria mudança na temperatura.

Margens e especificações

Em projetos, é bom usar uma margem (fator) de segurança de 10% a 20% sobre todas as especificações máximas fornecidas na datasheet do fabricante. Isso porque existem variações entre componentes de mesmo tipo.

Algumas especificações do diodo:

A tolerância indica o intervalo de variação do valor nominal (no qual o componente foi feito para atuar em condições normais). Exemplo: valor nominal de 1,8 V e tolerância de 5% vão fazer o diodo funcionar no intervalo de 1,71 V a 1,89 V.

⦁ A corrente de teste indica a região (no gráfico de resposta corrente x tensão do diodo) de operação nominal.
⦁ A dissipação máxima indica a potência máxima permitida ao diodo na temperatura ambiente (25°C como padrão).
⦁ A impedância dinâmica é a inclinação da característica reversa medida na corrente de teste.