AULA 2. ELETRÔNICA ANALÓGICA

Diodo Retificador

O primeiro dispositivo eletrônico a ser introduzido é chamado diodo. Ele é o mais simples dos dispositivos semicondutores, mas exerce um papel vital em sistemas eletrônicos.

O que é um material semicondutor?
R – Os semicondutores são materiais encontrados na natureza, que possuem características intermediárias entre os materiais condutores e os isolantes.

Os materiais semicondutores mais utilizados são o silício e o germânio, os quais apresentam estrutura cristalina.

Esses dois semicondutores na sua forma (pura) como encontrados na natureza deverão ser preparados na fábrica, utilizando um processo conhecido como dopagem, o qual introduz impurezas nos semicondutores como, por exemplo, o alumínio, passando agora trabalhar como um diodo com junção PN.

O lado (P) da junção (PN) é conhecido como anodo (A) e o lado (N) como catodo (K).

Como se comporta o diodo quando polarizado com uma tensão (dcv)?
R – Quando polarizado diretamente conduz uma corrente de anodo para o catodo (sentido convencional) e quando polarizado inversamente não conduz corrente.

Veja os exemplos nas figuras 1 e 1A.

Explicação:
Na figura 1 ao lado, vemos o esquema de um circuito, no qual uma bateria de (12V) alimenta um circuito série formado pelo resistor (R), uma lâmpada (L1), um diodo e mais a lâmpada (L2).

Observe que o polo positivo da bateria está alimentando o anodo do diodo, logo o mesmo passa a conduzir corrente elétrica. Sendo assim, as lâmpadas (L1) e (L2) acendem.

Na figura 1A, vemos o esquema de um circuito, no qual uma bateria de (12V) está alimentando com o seu polo positivo no catodo (K) do diodo retificador. Sendo assim, o diodo não conduzirá corrente elétrica, logo as lâmpadas (L3) e (L4) ficarão apagadas.

Nesse tipo de polarização, o polo positivo não atrairá os elétrons livres,
isso porque existe uma barreira de potencial, que deverá ser vencida, afim de que o diodo possa conduzir uma corrente elétrica.

No diodo de silício, a barreira de potencial varia entre (0,5V e 0,8V).
No diodo de germânio, a barreira de potencial varia entre (0,2V e 0,3V).

O tamanho dos materiais basicamente determina a intensidade máxima da corrente quando polarizados no sentido direto, e a tensão máxima no sentido inverso.

Nesse tipo de polarização, o polo positivo
atrairá os elétrons livres do material (N), fazendoos vencer a barreira de potencial, originando assim uma corrente de elétrons do polo negativo, para o polo positivo.

Nesse mesmo momento, sairá uma corrente de lacunas do polo positivo para o negativo da bateria, sendo esta ultima adotada para fins de análise que semicondutores.

Veja a curva característica de um diodo na Fig 6.

Obs.: O tamanho físico do diodo possui relação direta com a intensidade máxima de corrente que o mesmo suporta, quando polarizados no sentido direto.

Como se comporta o diodo quando polarizado com uma tensão (acv)?

Durante o semiciclo positivo da tensão aplicada, o diodo estará diretamente polarizado de anodo para o catodo, fazendo a corrente circular pela carga que está sendo alimentada pelo diodo.

Durante o semiciclo negativo da tensão o diodo estará inversamente polarizado não conduzindo, logo a tensão e a corrente de saída será (zero), ou seja, praticamente não existirá.

Símbolos e Tipos
Os diodos são encontrados em diferentes tamanhos e tipos de acordo com a aplicação. Na figura 2 temos o símbolo adotado para representar o diodo e alguns tipos mais comuns.

Os diodos são componentes polarizados, o que significa que sua posição em um circuito deve ser correta e não poderá ser invertida. Assim, é comum utilizar algum tipo de indicação para o catodo ou lado do material N, tal como uma faixa, por exemplo.

Especificações para os diodos
a) Tensão inversa – Visto que um diodo representa um circuito aberto quando polarizado no sentido inverso, aparece nas suas extremidades toda a tensão do circuito. Para poder usar um diodo, precisamos saber se ele suporta essa tensão, a qual é especificada como tensão inversa máxima Vrm ou Vr.
b) Corrente direta – É a máxima corrente que o diodo pode conduzir quando polarizado no sentido direto. Indicada como If nos manuais.
c) Tipo – Muitos fabricantes simplesmente indicam os seus diodos por um código de fábrica. Dessa forma, para os tipos americanos é comum que todos os diodos comecem por 1N. Assim, temos 1N4002, 1N4148, etc. Para os tipos europeus é comum as letras A para diodos de uso geral, B para silício e Y para retificadores. Exemplos: BA315, AA115, BY127, etc. Outros fabricantes colocam códigos próprios como MR751, P600D, V18, etc.

Onde são encontrados
Os diodos são empregados como retificadores, detectores, funções lógicas componente de proteção, redutores de tensão e em muitas outras aplicações onde se necessita a circulação da corrente num único sentido.
Ligações em série e paralelo dos diodos retificadores.
a) Diodos Retificadores:

Como detectores, encontraremos pequenos diodos de silício ou germânio em receptores de rádio, controles remotos, telefones, etc. Na figura 3 ilustramos uma aplicação simples de dois diodos em um circuito retificador, onde se obtêm corrente contínua positiva e negativa a partir de uma corrente alternada.

Os diodos retificadores (D1) e (D3) são vistos na figura 3, veja nesse esquema um transformador do tipo redutor e isolador, recebendo uma tensão alternada (Vac) de rede elétrica.

Essa tensão alternada (Vac) será transferida pelo enrolamento secundário do mesmo, até os dois diodos retificadores (D1) e (D2). O terminal de anodo do diodo (D1), está recebendo essa tensão alternada senoidal do secundário do trafo, o qual irá conduzir a corrente num único sentido, deixando passar apenas os semiciclos positivos da tensão alternada. (Esse processo será chamado de retificação da (meia onda) de uma tensão alternada).

Armazenando e filtrando esses semiciclos positivos, agora presente no catodo do diodo (D1), por meio de um ou mais capacitores, você irá obter uma tensão contínua (positiva) na saída desse circuito.

Um processo semelhante de retificação de (meia onda), irá acontecer com o diodo (D2). O seu terminal de catodo está ligado ao secundário do trafo, recebendo uma tensão alternada senoidal, dessa forma o diodo (D2) conduzirá uma corrente elétrica num único sentido, deixando passar apenas os semiciclos negativos da tensão alternada senoidal. Desejando agora armazenar e filtrar esses semiciclos negativos, agora presente no anodo do diodo (D2), isso poderá ser obtido meio de um ou mais capacitores. Dessa forma você obterá uma tensão contínua (negativa) na saída desse circuito.

Veja os dois tipos de aplicações para os diodos retificadores na figura 5.

Há componentes eletrônicos como transistores, circuitos integrados, os quais são muito sensíveis a picos de alta tensão, onde os mesmos são gerados quando comutamos ou desligamos uma carga indutiva, como por exemplo, motor, relé ou solenóide. Na figura (5), você encontrará o circuito (5A), no qual ligando em paralelo com essa carga um diodo, ele transfere os picos gerados na comutação dela, evitando que eles danifiquem o transistor ou outro componente sensível a pico ou picos de alta tensão.

Na figura (5), você encontrará o circuito (5B), no qual, quatro diodos retificadores estão ligados em série, reduzindo a tensão (dcv) de (5V), para 2,6V aproximadamente. Dessa maneira irá alimentar a lâmpada (L1) que ficará acesa.

Como testar um diodo retificador
Um diodo pode ser testado com um multímetro analógico na escala (X1). Quando polarizamos um diodo num sentido direto, com as pontas de prova, ele conduz e o multímetro indica uma baixa resistência elétrica (5 até 10 ohms). Quando invertemos as pontas de prova, ele é polarizado no
sentido inverso e o instrumento acusa uma alta resistência, nesse caso podemos considerar como infinito, ou seja, não conduz corrente elétrica. Quando um diodo apresenta baixa resistência nos dois sentidos, concluímos que o mesmo está em curto e outro com alta resistência nos dois sentidos podemos dizer que está aberto. Resistências elétricas entre (200K até 1M) no sentido inverso indicam um diodo com fugas.

Quando um diodo é polarizado no sentido inverso, há uma tensão limite que podemos aplicar nesse componente. Acima desse valor limite, esse diodo torna-se um condutor e poderá ser danificado. Essa tensão é denominada “tensão de ruptura”. Na figura 6 mostramos um gráfico, no qual é apresentado o ponto em que a ruptura acontece.

1º O que é um diodo retificador?
Resp.: É um componente eletrônico, formado por uma junção (PN) de um material semicondutor, podendo esse ser de silício ou de germânio.

2º Como funciona o diodo retificador?
Resp.: O diodo retificador quando recebe uma tensão (ACV), no terminal de anodo, no seu catodo irá existir uma tensão e corrente (DCV) pulsante positiva. No caso do diodo retificador, receber uma tensão (ACV), no seu terminal de (catodo), no seu terminal de anodo, irá existir uma tensão e corrente (DCV) pulsante negativa.

3º Como um diodo retificador, como pode trabalhar em tensão (ACV) e (DCV)?
Resp.: a) Em (ACV), irá trabalhar como retificador.
b) Em (DCV), poderá trabalhar como chave eletrônica.
c) Em (DCV), poderá trabalhar como redutor de tensão.

Conclusão:
1º Caso: O diodo retificador quando está trabalhando com (ACV) irá funcionar como retificador de tensão (ACV) em (DCV) pulsante.
2º Caso: O diodo retificador quando está trabalhando com (DCV) poderá funcionar como uma chave eletrônica de proteção.
3º Caso: O diodo retificador quando está trabalhando com (DCV) poderá funcionar como um redutor de tensão.

Retificação

1º O que é uma retificação de uma tensão (ACV) em (DCV)?
Resp.: É o processo pelo qual, o diodo passa a conduzir corrente elétrica em um único sentido, ou seja, quando for aplicado uma tensão (ACV) no seu terminal de anodo, iremos obter no seu catodo, uma tensão contínua (positiva) pulsativa.
No caso de ser aplicada uma tensão (ACV), no seu terminal de catodo, iremos obter no seu anodo uma tensão contínua (negativa) pulsativa.

2º Qual o componente responsável pela retificação da tensão (ACV) em (DCV)?

3º Quais os tipos de retificações, que são mais utilizadas nas fontes de alimentação (DCV), indique também a freqüência da tensão retificada, em cada uma das retificações.
Resp.: a) Ret. (meia onda positiva) = 60Hz
b) Ret. (meia onda negativa) = 60Hz
c) Ret. (onda completa positiva) = 120Hz
d) Ret. (onda completa negativa) = 120Hz

4º O que é uma retificação de meia onde positiva?
Resp.: É o processo pelo qual, o diodo retificador recebe uma tensão (ACV) e passa a conduzir a corrente elétrica, em um único sentido. Essa corrente agora será pulsativa, e entre esses pulsos existirá um intervalo de tempo, onde não existirá corrente elétrica.

5º O que é uma retificação de meia onda negativa?
Resp.: É o processo pelo qual, o diodo retificador recebe uma tensão (ACV) e passa a conduzir a corrente elétrica, em um único sentido. Essa corrente agora será negativa, e entre esses pulsos existirá um intervalo de tempo, onde não existirá corrente elétrica.

6º O que é uma retificação de onda completa positiva?
Resp.: É o processo pelo qual, os diodos retificadores recebem cada um deles, uma tensão (ACV) defasadas entre elas em (180º) nos seus anodos. Dessa forma iremos obter uma tensão contínua pulsativa positiva em cada um dos diodos retificadores, os quais quando unimos os catodos dos mesmos, vamos obter uma tensão contínua pulsativa positiva a qual não possui intervalo de tempo entre os pulsos de energia.

7º O que é uma retificação de onda completa negativa?
Resp.: É o processo pelo qual, os diodos retificadores recebem cada um deles, uma tensão (ACV) defasada entre elas em (180º) nos seus catodos. Dessa forma iremos obter uma tensão contínua pulsativa negativa em cada um dos diodos retificadores, os quais quando unimos os anodos dos mesmos, vamos obter uma tensão contínua pulsativa negativa a qual não possui intervalo de tempo, entre os pulsos de energia.

8º O que é uma retificação simétrica?
Resp.: É o processo pelo qual, utilizando diodos retificadores, você poderá obter duas tensões retificadas, uma (positiva) e outra (negativa) com os mesmos valores, apenas de sinais contrários.

Obs.: Essa retificação simétrica poderá ser de meia onda ou de onda completa.

Retificação de meia onda

a) Meia onda positiva – A tensão obtida possui freqüência de 60Hz.

Explicação: No primeiro esquema ao lado, o diodo retificador está recebendo uma tensão (ACV) de 12V (eficaz), proveniente do trafo redutor no seu terminal de anodo. Sendo assim, no seu catodo iremos obter uma tensão pulsante positiva de meia onda.

Veja o sinal da tensão pulsante positiva, o qual será apresentada na tela do
osciloscópio da forma indicada no esquema ao lado.

Obs.: 

Atenção: A tensão (ACV) entree os pontos (A) e (B), será igual a soma das tensões existentes em relação ao (CT) desse trafo. Exemplo = VAB = 24VAB (com carga).

b) Meia onda negativa – A tensão obtida possui freqüência de 60Hz.

Explicação: No esquema ao lado, o diodo retificador está recebendo uma tensão (ACV) de 12V (eficaz), proveniente do trafo redutor no seu terminal de catodo. Sendo assim, no seu catodo iremos obter uma tensão pulsante negativa de meia onda.

Veja o sinal da tensão pulsante de meia onda negativa, a qual será
apresentada na tela do osciloscópio, da forma indicada no esquema ao lado.

Obs.: 

Atenção: O valor da tensão (ACV) entre os pontos (A) e o (CT), como também (B) e o (CT), deverão ser iguais. No Exemplo acima temos VA(CT) = 12V e VB(CT) = 12V

Retificação de onda completa

c) Onda completa positiva – A tensão obtida possui freqüência de 120Hz.

Explicação: No esquema ao lado, temos agora dois diodos retificadores, os quais estão recebendo as tensões (ACV) defasadas entre elas em (180º) do
enrolamento secundário do trafo. Sendo assim, nos seus catodos iremos obter uma tensão (DCV) pulsante positiva e consecutiva, sem intervalo de tempo entre elas.

Veja o sinal da tensão pulsante de onda completa positiva, a qual será
apresentada no osciloscópio da forma indicada no esquema ao lado.

d) Onda completa negativa – A tensão obtida possui freqüência de 120Hz.

Explicação: No esquema ao lado, temos agora (dois) diodos retificadores, os quais estão recebendo as tensões (ACV) defasadas entre elas em (180º) do enrolamento pertencente ao secundário do trafo. Sendo assim, nos seus anodos iremos obter uma tensão (DCV) pulsante de onda completa negativa, a qual será apresentada no osciloscópio da forma indicada no esquema ao lado.

Retificação de meia onda simétrica, utilizando o terra do trafo (CT)

a) Ret. de (meia onda positiva e negativa) a tensão obtida possui freqüência de 60Hz.

Explicação: Nesse esquema do circuito ao lado, você pode verificar, que cada um dos diodos retificadores, está recebendo as tensões (ACV) defasadas entre eles em (180º), do enrolamento no secundário do trafo. Como se trata de uma retificação simétrica de meia onda (positiva e
negativa), o diodo (D1) está polarizado recebendo a tensão (ACV), pelo anodo. Sendo assim, o semiciclo positivo (ACV), provocará a condução de energia do diodo (D1), logo no catodo, entraremos apenas a tensão retificada de meia onda positiva. O diodo (D2) como está polarizado
recebendo a tensão (ACV) pelo catodo. Sendo assim, o semiciclo negativo (ACV), provocará a condução de energia do diodo (D2), logo no anodo encontraremos a tensão retificada de meia onda negativa.

Retificação de onda completa simétrica, utilizando o terra do trafo (CT)

9º O que é uma retificação de onda completa simétrica?

Resp.: É o processo pelo qual utilizando (4) diodos retificadores  independentes ou uma ponte retificadora integrada, você poderá
obter duas tensões retificadas de onda completa, sendo uma de valor positivo e outra de mesmo valor, negativo. Essas duas tensões contínuas
pulsantes, possuem cada um delas a freqüência de 120Hz.

Exemplifique o esquema elétrico desse tipo de retificação.

Explicação: No esquema ao lado, temos agora [(4) quatro] diodos retificadores, os quais (D1 e D2) estão recebendo as tensões (ACV) defasadas entre elas em (180º). Sendo assim, nos seus anodos iremos obter uma tensão (DCV) pulsante de onda completa positiva, a qual será apresentada no osciloscópio da forma indicada.

Nesse mesmo esquema, temos os diodos [D3 e D4], os quais recebem as duas tensões (ACV) defasadas em (180º) do secundário do trafo. Dessa forma nos anodos dos mesmos, iremos obter uma tensão (DCV) pulsante de onda completa negativa, o qual será apresentado no osciloscópio da forma indicada no esquema da figura abaixo.

Retificação onda completa simétrica, sem utilizar o terra do trafo (CT)

b) Ret. (onda completa positiva e negativa)

Explicação: Esse tipo de circuito possibilita uma retificação de onda completa positiva e outra retificação negativa, as quais são totalmente independentes. Utilizando essas duas tensões, podemos obter o dobro da tensão fornecida pelo trafo.

Ex.: Com o trafo de 12/12V, você poderá obter uma tensão de 24V
(com carga e sem carga VSEM (carga) = 24 x 1,41 = 33.8V.

Obs.: A lâmpada de carga irá acender.

O circuito dobrador de tensão de meia onda

O circuito dobrador de tensão poderá ser do tipo meia onda ou do tipo onda completa.

1º Tipo: Esse tipo de circuito utiliza uma retificação da tensão (ACV), em
uma tensão contínua pulsante de meia onda.

O circuito dobrador de tensão de meia onda irá utilizar (dois diodos
retificadores) e (dois capacitores eletrolíticos), conforme os dois esquemas ao lado.

Veja nesse esquema, o projeto do circuito dobrador de tensão de meia onda, o qual utiliza uma chave SW(1), para selecionar a tensão que será aplicado no mesmo, a qual poderá ser de 110V ou 220V, e mesmo assim, na saída (DCV) desse circuito iremos obter 310 (Vdc).

Explicação do funcionamento: A tensão (ACV) da rede elétrica é senoidal e possui um semiciclo hora positivo de (115V) e hora um semiciclo negativo de mesmo valor, variando com uma freqüência de (60Hz). Essa tensão será aplicada no capacitor (C1). Você deve lembrar que os (110V) (ACV) da rede
elétrica, é o valor eficaz, logo como o capacitor carrega-se pico da tensão, o valor dessa tensão de pico, será de 110V x 1.41 ≅ 155 Volts.

1º Explicação: Vamos supor que o semiciclo positivo, esteja sendo aplicado no anodo do diodo retificador (D1), sendo assim, recebendo o potencial positivo em seu anodo, ele conduzirá permitindo que haja a carga no capacitor (C1), visto que seu lado negativo está ligado ao potencial negativo do semiciclo negativo da rede elétrica. Como o capacitor carrega-se normalmente com o pico da tensão, teremos sobre o capacitor (C1), uma ddp de 155Volts.

2º Explicação: Quando a polaridade da rede elétrica inverter, no semiciclo seguinte, haverá também a inversão de polaridade nos dois fios de entrada da rede elétrica.

Como a tensão ao lado negativo do capacitor começa elevar a carga do capacitor tende a elevarse em relação a referência [ao lado negativo do capacitor (C1)].

Veja, como a tensão eleva-se no lado positivo do capacitor, o diodo (D1) ficará cortado, formando agora o circuito equivalente ao da [2ª explicação]. Como a rede está criando um pico de tensão de 155Volts e sobre o capacitor já existe armazenado essa mesma tensão, haverá, momentaneamente,
entre o referencial massa (neutro) e o lado positivo de (C1) um pico de 310V, que fazendo (D2) conduzir acabará armazenando esta tensão de pico sobre o capacitor (C2).

No esquema da 3ª explicação podemos ver a chave SW(1) ligada para (220V), veja que nesse caso, o diodo (D1) está desligado sem funcionar, já o capacitor (C1) está também sem funcionar, porque a chave SW(1) ao está selecionada para (220V), colocar esse capacitor em curto, nesse caso, o diodo (D1) está desligado sem funcionar, por que a chave SW(1) ao está selecionada para (220V), coloca esse capacitor em curto. Sendo assim, o circuito equivalente será o esquema da [4ª explicação], nesse temos
uma retificação em (meia-onda) da tensão de rede de 220Vac, gerando sobre o capacitor (C2) uma tensão de 310Vdc.

Circuito Dobrador de tensão de onda completa

2º Tipo: Circuito dobrador de tensão de onda completa.

Esse tipo de circuito utiliza uma retificação de onda completa, utilizando [(4) diodos retificadores] na configuração em ponte.

Nesse circuito ainda é utilizado uma chave liga desliga SW(2), mais dois capacitores eletrolíticos (C3 e C4) e dois resistores de carga (R1 e R2).

Veja no esquema a seguir, a 5ª explicação de um circuito dobrador de tensão, que poderá ser de meia onda, ou de onda completa.

Além disso, esse esquema demonstra a utilização de uma chave (S2), a qual seleciona essa fonte para trabalhar em 110V ou em 220Volts.

Veja o esquema abaixo. Esse circuito é do tipo dobrador de tensão, com uma chave seletora de tensão para 110V ou 220V.

Quando for aplicado nesse circuito 110V (ACV), a chave SW(2) deverá ser ligada e sendo assim, a configuração de trabalho será mostrada no esquema ao lado, referente a [(1ª) explicação do funcionamento].

Nesse caso é utilizado apenas os diodos (D1) e (D3), sendo que cada capacitor se carregará com 155V.

Considere agora que a tensão alternada senoidal, que está sendo aplicada nesse circuito, apresenta o semi-ciclo negativo sendo aplicado no diodo (D1), logo haverá a entrada de tensão (ACV) com potencial positivo, ou seja, o semiciclo positivo no polo positivo do capacitor (C2).

Com isso, haverá uma circulação de corrente do potencial positivo da rede até chegar ao polo positivo do capacitor (C2), sendo que o lado negativo do capacitor irá à massa, que estará ligado ao anodo do diodo (D3), fechando o circuito ao potencial negativo da rede elétrica.

No próximo semiciclo da rede, o anodo do diodo (D1) irá conduzir, pois o potencial positivo da rede será aplicado ao seu anodo, chegando ao polo positivo do capacitor (C1). O polo negativo do capacitor (C2) já estará ligado ao potencial negativo, fechando o circuito.

Veja [(2ª) explicação de funcionamento desse circuito]

Veja o esquema do funcionamento ao lado:

Veja a [(3ª) explicação de funcionamento desse circuito]

No esquema da (3ª explicação) podemos ver que cada capacitor se
carregará com (155VP), ou na média de 155(VDC); como estão em série, a
tensão de um lado ao outro (negativo de (C2) ao positivo do C2) será de 310(VDC).

Usando a rede de 220(VAC), a configuração será mostrada na [(4ª) explicação de funcionamento], onde vemos que serão utilizados os (4 diodos) em uma retificação de onde completa. Como os capacitores eletrolíticos acabam ficando em série, acaba surgindo o problema de equiparação das tensões armazenadas em cada um. Considerando que o capacitor eletrolítico possui uma pequena
fuga natural e que há uma grande variação desta fuga entre os capacitores, haverá menos tensão armazenada no capacitor de maior fuga, e maior tensão no capacitor de menor fuga; como a tensão de isolação destes é em torno de 250V, poderá haver problemas ou tensão excessiva sobre um deles, provocando problemas no eletrolítico, fazendo-o “ferver” podendo levar o capacitor a explosão.

Faz-se necessário utilizar resistores de equalização de tensão, servindo para equilibrar as tensões armazenadas compensando assim, pequenas fugas normais destes componentes, são eles no esquema acima: R1 e R2.

Diodo Zener

Se um diodo for construído de modo a suportar a corrente em ruptura, ele poderá manter a tensão constante entre seus terminais. Assim, diodos zener são diodos especiais que podem operar polarizados no sentido inverso, com uma tensão de ruptura não destrutiva.

A função do diodo zener pode ser aproveitada em diversas aplicações eletrônicas importantes. Ele funciona como estabilizador de tensão, e ainda podem ser empregados para fazer o corte de picos de sinais. Os diodos zener são encontrados em diversos tamanhos e tipos, mudando de acordo com a corrente e a tensão com que devem trabalhar.

Símbolo e aspecto
Na Figura 7 temos o símbolo usado para representar o diodo zener e o aspecto mais comum desse componente.

Os diodos zener, conforme podemos observar são componentes polarizados com uma tensão no (dcv) no catodo superior à tensão presente no seu anodo. Essa (ddp) presente entre o catodo e o anodo irá determinar a tensão estabilizada.

Obs.: Os diodos zener possuem normalmente um anel ou alguma marca para indicar o catodo (K) do mesmo.

Especificações:
A maioria dos fabricantes específica seus diodos zener, com códigos que tanto podem levar a nomenclatura 1N (tipo americanos) como BZX e BZY para os tipos europeus.
Através de manuais é possível saber a partir do tipo as suas características elétricas.
As principais características elétricas que devemos observar num diodo zener são:

a) Tensão zener – É a tensão inversa que faz o diodo conduzir e que ele mantém constante numa ampla faixa de valores de corrente. Os diodos zener comuns possuem tensões zener entre (1,5V até mais de 200 V).
b) Dissipação – É quantidade máxima de calor que o componente pode dissipar, e portanto, está associado à máxima corrente que poderá trabalhar. A máxima corrente, multiplicada pela tensão zener, resulta na potência ou dissipação máxima do diodo zener. Os tipos mais comuns são de 400 mW de dissipação, mais dependendo da aplicação, poderemos encontrar diodos zener de 500mW, 1W, 5W.

Onde são encontrados
Na Figura 8 ilustramos alguns circuitos típicos onde os diodos zener são usados para estabilizar tensão. No primeiro caso, um diodo zener opera sozinho controlando totalmente a tensão na carga de pequeníssima corrente, enquanto no segundo, ele utiliza um transistor para controlar uma maior corrente, utilizando um diodo zener e resistor para polarizar esse transistor.

Ligações em série e paralelo dos diodos zener

a) Diodos zener – ligação em série: A tensão total estabilizada será igual à soma individual de todos os diodos zener do circuito. Ex: VZ1 = 2,3V, VZ2 = 3,3V, VZ3 = 4,7V

b) Diodos zener – ligação em paralelo: A tensão total estabilizada será igual à tensão nominal dos dois zener, mas a corrente total regulada será igual à soma das correntes dos diodos zener desse circuito paralelo.

Teste
Embora possamos testar um diodo zener da mesma forma que um diodo comum, esse teste nada revela sobre a tensão zener e nem se o componente está dentro de suas características. Entretanto, quando os diodos zener apresentam problemas, o mais comum é que entrem em curto, apresentando uma baixa resistência elétrica nos dois testes com o multímetro. Na substituição, deveremos usar sempre um exemplar que tenha a mesma tensão que o original. A potência do diodo zener substituto, poderá ser igual ou maior ao do original.

LEDs

Os diodos Emissores de Luz, que em inglês são chamados de Light Emitting Diodes (abreviadamente LEDs), são diodos especiais que ao serem percorridos por uma corrente emitem luz através de sua junção.

Os LEDs comuns são emissores monocromáticos, ou seja, emitem luz de uma única freqüência (única cor) que pode ir da faixa de ultravermelho até o ultravioleta.

LEDs de luz branca têm sido obtidos pela associação em uma mesma pastilha de três LEDs que fornecem as cores básicas (vermelho, verde e azul), as quais combinadas resultam na luz branca.

Os LEDs são fabricados com bases em materiais semicondutores especiais como o Arseneto de Gálio (que também pode conter o elemento Índio), os quais têm essas propriedades de formar junções emissoras de radiação.

As impurezas que estão presentes nos LEDs não apenas determinam a cor da luz que eles emitem, como também a tensão mínima que precisamos aplicar no sentido direto para que a barreira de potencial da junção (PN) seja vencida e ele possa conduzir corrente elétrica.

Os LEDs comuns vermelhos e infravermelhos conduzem com 1,6 V, já os amarelos e alaranjados com 1,8 V e os LEDs azuis e verdes precisam de pelo menos 2,0 V.

Os LEDs são usados como pequenas lâmpadas em sinalização e também como emissores de radiação infravermelha em controles remotos; em acopladores ópticos, transferindo sinais de um ponto a outro de um circuito através da luz e na emissão de luz coerente na versão LASER.

De fato, se o material semicondutor dos LEDs for montado de maneira especial de modo a formar uma cavidade ressonante e ter o que se denomina de “inversão de população” dos átomos excitados, a luz emitida terá características de radiação LASER. LASERs desse tipo são aplicados em diversos tipos de aparelhos como CD’s e DVD-players, LASER pointers, etc.

Símbolo e aparência:
Na figura 10 mostramos o símbolo do LED e os aspectos mais comuns desse componente. Os LEDs também podem ser montados de modo a formar um display de 7 segmentos, conforme ilustra a figura 11.

Alimentando os LEDs de cada segmento de maneira combinada, podemos formar números como ocorre nas calculadoras, relógios e em muitas outras aplicações, que podem “acender” com luz vermelha,
laranja, etc.

Observamos que, da mesma maneira que os diodos, os LEDs são componentes polarizados. Se forem invertidos num circuito, não funcionarão, se a tensão inversa aplicada for maior do que 5 V, eles
correrão o risco de queimar-se.

Observe que o catodo é dado por uma marca no invólucro ou pelo terminal mais curto.

Especificações:
A maioria dos LEDs é especificada por um código do fabricante. Contudo, para usar os LEDs precisamos conhecer as seguintes características desses componentes:
a) Corrente máxima – é a máxima corrente que podemos deixar o LED conduzir quando em funcionamento, sem que ele se queime. Esse dado é importante, pois o LED sempre funciona com um resistor em série que limita a corrente a esse valor. Sem esse resistor, o LED iria queimar. I(máxima) pode variar entre (0,007A até 0,02A).
b) Tensão direta – é tensão mínima que faz o LED conduzir e, portanto, acender. Essa tensão depende da cor, conforme já explicamos.
c) Comprimento de onda de luz emitida – normalmente, a cor do LED é expressa pelo comprimento da onda emitida. Esse comprimento de onda pode ser dado em nanômetros (nm) ou em ângstrons (Å). Um ângstron equivale a 100 nanometros. Assim, de acordo com a figura 12, o aspecto visível vai de 400 nm a 700 nm, aproximadamente. Nessa figura temos as curvas de emissão de alguns LEDs comuns.

Onde são encontrados:
Na maioria das aplicações eletrônicas, os LEDs são usados como indicadores de painéis, em indicadores alfanuméricos de 7 segmentos e como fontes de luz (LEDs brancos). Outras aplicações incluem a emissão de sinais em controles remotos por infravermelho, barreiras ópticas e alarmes, etc.
Quando for utilizar um LED, é muito importante não ultrapassar a corrente máxima que ele suporta.
Para essa finalidade, em quase todas as aplicações encontramos um resistor ligado em série com o LED, com a finalidade de reduzir a tensão e adequar a corrente no mesmo; veja a Fig.13A e Fig.13B.

A resistência desse resistor pode ser calculada subtraindo-se a tensão direta do LED, da tensão de alimentação e dividindo o valor encontrado, pela corrente de operação do componente. Por exemplo, se desejamos alimentar um LED de 12 mA com 6 V e ele é vermelho, o cálculo será:

Obs.: A fonte que irá alimentar o circuito será de (6,0V), a tensão no led deverá ser de (2,0V), conforme a figura 14.

Solução:

V = 6,0V – 2,0V
V = 4,0V
R = 4,0V / 0,012A (0,012A = 12 mA)
R ≥ 333,3 ohms

Conclusão: O resistor nesse caso deverá ser maior ou igual a 333,3 ohms.

Testando:
Jamais teste um diodo LED ligando-o diretamente a uma fonte de tensão contínua, sem o resistor limitado de corrente, ele poderá queimar. Para testá-lo, o leitor deve fazer uso do circuito mostrado na figura 14, onde usamos 4 pilhas em série e um resistor limitador.

Em lugar das 4 pilhas, pode ser usada uma fonte de 6V. Para uma fonte de 12 V ligue um resistor de 1k(ohms). Observe a polaridade do LED. Para testar LEDs infravermelhos, deverá ser usado algum tipo de detector para essa finalidade.

Diodos Especiais

As propriedades elétricas das junções PN, podem ser aproveitadas em diversos outros dispositivos que derivam dos diodos. Esses diodos especiais podem ser encontrados em uma infinidade de aparelhos eletrônicos. Os principais são:
a) Fotodiodos – Expondo uma junção PN polarizada no sentido inverso à luz, a corrente que é causada pela liberação de cargas a partir dos fótons incidentes, depende da intensidade luminosa. Dessa forma, os diodos em invólucro transparentes poderão ser usados como sensíveis sensores de luz, sendo denominados fotodiodos. Os fotodiodos têm uma capacidade de responder a variações muito rápidas da luz.
b) Diodos tunnel – São diodos que possuem uma característica de resistência negativa semelhante à das lâmpadas néon, mas que entram em funcionamento com tensões muito mais baixas (da ordem de fração de volt) e podem oscilar em freqüência extremamente elevadas, na faixa de UFH e até de microondas. Os diodos tunnel são empregados em osciladores de altíssima freqüência.
c) Varicaps ou Varactors – Quando polarizados um diodo no sentido inverso, a distância entre as cargas das regiões PN depende da tensão. Assim, essas regiões se comportam como as placas de um capacitor e a região da junção como um dielétrico, cuja espessura pode ser controlada pela tensão aplicada. Para maior tensão, o dielétrico é maior e a capacitância menor, conforme sugere a figura 15. Isso significa que diodos especiais com junções amplas, poderão ser usados como capacitores
variáveis controlados pela tensão. Os varicaps são encontrados em seletores de canais de televisores e em receptores de diversos tipos.

Símbolos e tipos:
Na figura 16 apresentamos alguns tipos de diodos especiais com seus símbolos e aspectos.

Especificações:
Os diodos especiais são indicados normalmente por um código da fábrica, através do qual podem ser obtidas suas características a partir de folhas de dados (datasheets).
Dependendo da aplicação, devemos estar atentos para algumas das especificações, que são:
• Para os fotodiodos a resposta espectral, ou seja, o comprimento de onda para os quais são mais sensíveis, e sua velocidade de resposta, determinam sua freqüência máxima dos sinais modulados
que eles podem detectar.
• Para os diodos tunnel devemos conhecer a tensão tunnel e a freqüência máxima em que eles podem oscilar.
• Para os varicaps precisamos conhecer a faixa de tensões de uso e a capacitância que ele apresenta nessa faixa.

Como testar
Um teste básico consiste em verificar se o diodo conduz num sentido e bloqueia a corrente no sentido inverso, como qualquer diodo convencional. No entanto, as características específicas conforme a
função deverão ser determinadas a partir de circuitos de provas especiais.

Circuitos Integrados (CI) Estabilizadores de Tensão (DCV)

Os Circuitos Estabilizadores de Tensão, são circuitos integrados que podem ser projetados e fabricados com diversos tipos de encapsulamentos, vejamos alguns tipos nas figuras abaixo.

Você poderá encontrar em algumas fontes de alimentação, os integrados reguladores de tensão da série positiva (78xx) e da série negativa (79xx). Esses componentes possuem (3) terminais, e geralmente na fonte do PC utilizam os circuitos integrados com o encapsulamento (TO–220).

Veja que os CIs da linha (positiva) e da linha (negativa) com encapsulamento (T0–220), possuem (3) terminais, mas as funções dos mesmos mudam conforme pode ser visto no item (a) com encapsulamento (TO–220).

Conforme a necessidade de corrente de saída, os CIs reguladores da série positiva poderão ser:
a) (78xx), b) (78Lxx), c) (78Mxx), ou da série negativa d) (79xx), e) (79Lxx), f) (79Mxx).

Você quando está montando, projetando ou consertando uma fonte de alimentação, observe o código estampado no corpo do CI estabilizador.

Exemplo:
a) 78xxc (Corrente de trabalho no máximo 1,0A)
b) 78Lxxc (Corrente de trabalho no máximo 0,1A = 100mA)
c) 78Mxxc (Corrente de trabalho no máximo 0,5A = 500mA)

Explicação sobre a tensão de entrada mínima no (CI) estabilizador da linha (78) e (79).
Para que a tensão de saída estabilizada desses circuitos integrados seja correta, é necessário que seja aplicado no terminal de entrada do (CI), uma tensão (DCV) com um valor entre (2,5V até 3,0V) no mínimo, maior que a tensão pré-estabelecida no corpo do CI (estabilizador), para que o mesmo funcione normalmente.

Explicação sobre a tensão de entrada máxima no (CI) estabilizador da linha (78) e (79).
A tensão máxima de entrada para o (CI) da linha positiva (78xx), (78Lxx), (78Mxx).
Veja a tabela abaixo.
a) 78xxc = [V(min) = 7,5V] e [V(máx) = 25V]
b) 78Lxxc = [V(min) = 7,5V] e [V(máx) = 20V]
c) 78Mxxc = [V(min) = 7,5V] e [V(máx) = 25V]

Obs.: Os circuitos integrados da série negativa (79xx) funcionam da mesma forma, a única diferença, é a polaridade da tensão negativa de (entrada) e (saída).

Como examinar esse tipo de circuito integrado

Método: Você poderá examinar esse tipo de circuito estabilizador, medindo a tensão (DCV) de entrada e depois medindo a tensão (DCV) de saída.
Usando esse método, você poderá concluir se o (CI) estabilizador está funcionando ou não.

1º Caso: Você poderá examinar o (CI) estabilizador no próprio circuito, quando a fonte estiver em funcionamento, ou seja, sendo alimentada pela tensão elétrica.
2º Caso: Você também poderá examinar o (CI) estabilizador, aplicando uma tensão (DCV) superior a tensão de saída estabilizada desse (CI), no terminal de entrada e depois medir a tensão estabilizada na saída deste (CI).

Obs.: A tensão (DCV) que deverá ser aplicada no terminal do CI estabilizador em teste deve possuir um valor um pouco superior à tensão estabilizada do CI em teste.

Veja como você pode examinar o (CI) estabilizador com o multiteste.

1º Caso – Examinando o (CI) estabilizador no próprio circuito da fonte.

Explicação: Observe que o multiteste (1) está examinando e indicando (9,0V), no terminal de entrada.Veja que no multiteste (2) está indicando (5,0V), no terminal de saída.

Conclusão: Como está indicando (5,0V), concluímos que esse (CI) está normal.

2º Caso (a) – Examinando um (CI) da linha positiva (78) com encapsulamento (TO – 220),utilizando uma fonte de alimentação e o multiteste.

Explicação: Observe que o multiteste (3) está examinando e indicando (5,0V), no terminal de saída.
Veja que esse (CI), está sendo alimentado por uma fonte de (12V), a qual está alimentando o terminal de entrada do CI.

Conclusão: Como está indicando (5,0V), concluímos que esse (CI) está normal.