fig. 1 - símbolo básico do diodo

Transcrição

1 DIODOS São componentes que permitem a passagem da corrente elétrica em apenas um sentido. Produzidos à partir de semicondutores, materiais criados em laboratórios uma vez que não existem na natureza, que possuem a característica de permitir a passagem da corrente elétrica quando recebem a energia em um sentido e barrá-la quando em sentido oposto. O processo de produção de diodos é chamado dopagem. Seu símbolo internacional de um diodo comum aparece na figura 1. Observe que ele é um componente polarizado, isso quer dizer que ele possui lado certo para ser instalado no circuito. Por isso seus terminais possuem nomes distintos. fig. 1 - símbolo básico do diodo Quando conectado em posição que permita a passagem da corrente elétrica, dizemos que ele está polarizado diretamente, fig. 2. Nesse caso, a energia flui de um pólo ao outro da fonte de alimentação. fig.2 - polarizado diretamente Quando o diodo se encontra invertido, com seu catodo apontado para o positivo, não há movimentação da corrente elétrica. É dito então que ele está polarizado inversamente, fig. 3. fig. 3 - polarizado inversamente Observação: Quando o sentido da corrente elétrica é igual ao dos elétrons, chamamos de sentido eletrônico ou sentido real de movimentação, ou seja, do negativo para o positivo. Quando o sentido da corrente é oposto aos do movimento dos elétrons, é chamado de sentido convencional ou clássico, ou seja, do positivo para o negativo. O sentido convencional é o mais utilizado na eletrônica. Os símbolos dos componentes inclusive apontam esse sentido de movimentação dos elétrons. versão de 22 de novembro de pg. 1 de 9

2 É óbvio que a fabricação dos diodos não é ideal. A condução de corrente elétrica nele sofre uma resistência bem baixa, poucos ohms, que é quase desprezível. Estando invertido, o bloqueio da corrente elétrica também não é total. Uma pequena corrente, na ordem de microampères, chamada corrente de fuga, também aparece. Mas esse valor é praticamente desprezível. Os diodos, assim como qualquer componente eletrônico, operam com determinadas características que são especificadas por seu modelo e são dadas pelo fabricante em folhetos técnicos, conhecidos por data sheets. Desrespeitar os limites dessas características pode levar os componentes à destruição e de outros que estejam no mesmo circuito. As características mais importantes, nos diodos são: Corrente direta de pico máxima (I FSM - Maximum Peak Forward Current) É o valor que determina o quanto de corrente elétrica pode circular pelo diodo, quando polarizado diretamente, sem que ele se queime. Esse valor pode ser calculado pela velha e conhecida fórmula V=R I Tensão inversa de pico (PIV - Peak Inverse Voltage) Informa a tensão acima da qual ocorrerá a ruptura e destruição do diodo. O fabricante define esse valor máximo. Deve ser considerado apenas quando o diodo estiver polarizado inversamente. Queda de tensão Quando polarizado diretamente, o valor da tensão é reduzido em 0,7 volt, por cada diodo que estiver em série no circuito. Técnica utilizada quando é necessário reduzir um pouco a tensão oferecida pelo gerador. Valor válido para diodos de silício, material mais comum do qual são fabricados atualmente. Outros materiais podem ser utilizados, como o germânio, com queda de 0,3 volts, porém costumam ser mais caros e a relação custo/benefício não compensa. Exemplos: 1) O que ocorre com o diodo da figura abaixo, considerando que ele possui uma corrente direta máxima de 350mA? V=R I... 75=150 I... I=75/ I=0,5A Resposta: O diodo se queima, pois teve sua corrente direta máxima ultrapassada. 2) No circuito a seguir o diodo possui uma tensão inversa de 40 volts. O que acontecerá com ele? Resposta: Funcionará normalmente. Ele suporta uma tensão inversa de 40 volts e o circuito ao qual está ligado oferece apenas 25. versão de 22 de novembro de pg. 2 de 9

3 3) Qual o valor de tensão que a lâmpada recebe? Resposta: Como cada diodo oferece uma queda de 0,7 volts, teremos: 18-(4 0,7)... 15,2 volts Um uso muito comum para os diodos é a retificação, que consiste na transformação da tensão alternada em tensão contínua. Exercendo essa função, eles recebem o nome de diodos retificadores. Essa condição ocorre devido à condutividade em um só sentido que eles apresentam. A onda senoidal, característica básica da tensão alternada, possui picos positivos e negativos que variam, de modo constante, à velocidade de 60Hz, fig. 4. fig. 4 Aparelhos que utilizam tensão contínua seriam danificados em 0,0083 segundos se conectados em uma fonte de tensão alternada, uma vez que essa seria a duração da tensão enquanto positiva. Após esse tempo, a tensão se tornaria negativa, queimando o equipamento por inversão de tensão. A utilização de um diodo poderia evitar essa inversão. Veja na figura 5 que, após o diodo, a tensão não mais se inverte, ficando apenas os pulsos positivos. fig. 5 O funcionamento do equipamento não seria adequado, mas certamente evitaríamos sua queima pelo efeito da inversão de tensão. Além dos retificadores, que são os mais comuns, existem vários outros tipos de diodos, com nomes e funções específicas. Por exemplo: varicap, de corrente constante, tunnel, de recuperação em degrau, schottky, de retaguarda, pin, varactor, laser... Vejamos alguns. versão de 22 de novembro de pg. 3 de 9

4 Zener É um tipo de diodo utilizado para regulagem de tensão, isso quer dizer que esse diodo mantém o valor de tensão sempre constante, mesmo que sua entrada varie. Ele permite que circule apenas o valor para o qual foi projetado. Desse modo até podemos lembrar do estabilizador, mas são dispositivos completamente diferentes. Eles também são conhecidos como diodos de referência ou diodos de avalanche. O zener apresenta um símbolo ligeiramente diferente do retificador, fig. 6. fig. 6 - símbolo do diodo zener Sua disposição no circuito também é totalmente diferente. O retificador fica em série enquanto que o zener fica em paralelo. Para ficar mais diferente ainda, o catodo aponta para o positivo e o anodo é ligado ao negativo. Ele também pode ser instalado em série mas assim funcionará como um diodo retificador comum. A fonte fornece 18v. O zener permite que circule no máximo 10v. A lâmpada receberá então apenas esses 10 volts, fig. 7. Cálculos de potência de dissipação precisam ser feitos para definirmos essa característica do zener. Devemos lembrar que ele funciona com baixos valores de potência servindo somente para circuitos de pequeno consumo. 2 watts no máximo. Se esse valor for ultrapassado, o zener não deve ser utilizado. fig. 7 Devemos tomar cuidados extremos com os cálculos ao utilizarmos circuitos regulados por diodos zener, pois, em caso de queima, danos diferentes podem acontecer: 1) Queima do zener em aberto Caso isso ocorra, o circuito comporta-se como se o diodo não existisse e, nesse caso como é ele quem reduz a tensão, a carga, uma lâmpada na figura acima, receberá os 18 volts da fonte. Poderá essa carga receber o valor total da fonte? Uma análise criteriosa para cada circuito se faz necessária. 2) Queima do zener em fechado Aqui podem ocorrer duas possibilidades: Ou queimamos a fonte, caso os condutores sejam super-dimensionados, ou queimamos a instalação física do circuito, os condutores, caso a fonte seja potente o suficiente. Comercialmente encontramos os seguintes valores para os diodos zener: 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9, versão de 22 de novembro de pg. 4 de 9

5 Diac Seu nome vem de diodo para corrente alternada ou do inglês, DIode AC. É um modelo bastante diferente, pois permite conduzir energia nos dois sentidos. Pode parecer uma incoerência, afinal um diodo que conduz para os dois lados acabaria por comportar como um condutor comum. Mas o diac conduz apenas quando a tensão atinge um determinado valor, conhecido como tensão de disparo, tensão de breakover. Isso que dizer que o diac impede a passagem de energia, para qualquer lado, enquanto ela não alcançar um valor preestabelecido, voltando a impedir se essa tensão cair novamente. Nos mais comuns, essa tensão costuma ser 34 volts. Ele é utilizado quando determinados circuitos precisam iniciar seu funcionamento à partir de determinado valor. Assim os diacs funcionam como gatilhos que disparam esses circuitos apenas depois de ultrapassado esse valor. fig. 8 - símbolo do diac Led - Light Emitting Diode ou diodo emissor de luz O led é um diodo que quando polarizado diretamente emite luz monocromática. Essa característica é chamada eletroluminescência. Na verdade ele acaba funcionando como uma lâmpada mas com as vantagens de ter sua luz difusa e nítida; é sólido, pode cair que não quebra; não produz calor; consome pouca energia; pode permanecer aceso por 50 anos. Atualmente os leds emitem luz nas cores alaranjada, amarela, azul, branca, rosa, roxa, verde, vermelha e uma infravermelha, muito utilizada em alarmes e controles remotos. fig. 9 - símbolo do led fig aspecto físico Como todo diodo, ele possui lado certo para ser ligado e para ter as características funcionais citadas acima, precisa ter respeitados seus parâmetros de corrente direta de pico máxima e tensão inversa de pico, sob pena de queimá-lo. Esses valores variam um pouco entre modelos, mas podemos considerar a corrente 30mA e a tensão 4v. Veja na figura 10 que o terminal mais curto é o catodo que também fica para o lado no qual o led tem um rebaixado. versão de 22 de novembro de pg. 5 de 9

6 Pois bem, para resolver as exigências dos leds, devemos: 1 - Sempre ligar em série com eles um resistor que limite a corrente em 30mA. Como sabemos, esse é o componente que define a corrente que circula pelo circuito. Seu valor é calculado pela fórmula V=R I, onde V é em volts, R em ohms e I em ampères. Qual deve ser o valor do resistor da figura 11? fig. 11 Pela fórmula V=R I temos: 30mA = 0,03A 12=R 0,03 R=12/0,03... R=400Ω Assim encontramos o valor 400Ω, que não é comercial. Disponíveis temos 390 ou 430Ω. A opção é pelo que tem o valor maior, pois assim evitamos que o led funcione com corrente próxima ao seu limite máximo. Falta calcular a potência de dissipação do resistor. Pela fórmula P=V I, encontramos facilmente esse valor. P=12 0,03... P=0,36 watts... usaremos 0,5 watt que é o valor comercial mais próximo. 2 - Nunca ligá-lo inversamente em tensões superiores a 5 volts. Inicialmente, essa exigência parece óbvia, mas existem duas situações. Se for alimentado em tensão contínua, basta ligar o anodo no positivo e o catodo no negativo, juntamente com seu resistor em série devidamente calculado, conforme vimos acima. Mas, se for ligado em tensão alternada, a coisa se complica um pouco, principalmente se o valor da tensão variar mais do que 5 volts. Lembre-se que o led possui aproximadamente 4 volts de tensão inversa de pico. Ou seja, sua barreira que impede a passagem da energia em sentido contrário, é bem pequena. Como a característica da tensão alternada é ficar trocando de sinal todo o tempo, 60 vezes por segundo, nosso led vai se queimar após 0,0083 segundos. Volte nas explicações da figura 4 para relembrar. Então como seria ligado um led em uma tomada elétrica de 127vca? Inicialmente devemos calcular o valor do resistor e sua potência de dissipação. V=R I 127=R 0,03 R=127/0,03... R=4233,33Ω Valor comercial mais próximo será de 4300Ω versão de 22 de novembro de pg. 6 de 9

7 P=127 0,03... P=3,81 watts... usaremos 5 watts que é o valor comercial mais próximo. Agora devemos proteger o led de tensões inversas maiores que 5 volts. Qual componente permite que a energia circule apenas em um sentido? Sim, um diodo. Mas o led não é um diodo? Sim, mas o problema dele é que sua tensão inversa é muito pequena. Assim devemos ligar em série com o led um diodo que tenha como tensão inversa um valor igual ou maior que 127 e corrente direta máxima de pelo menos 0,03A. O circuito final é apresentado na figura 12. fig led em CA Informação adicional - se pensarmos bem, o led é um diodo, componente que permite a passagem da energia elétrica em apenas um sentido. Desse modo, se ligarmos o led, sem qualquer resistor, numa fonte de tensão, estaríamos criando um curto circuito, uma vez que, polarizado diretamente, ele seria um caminho sem obstáculos entre o positivo e o negativo. Assim o resistor de proteção tem função de evitar a queima não apenas do led mas também do gerador. Display Utilizando alguns leds, é possível criar um display onde números, letras e desenhos podem ser exibidos. Existem diversos tipos de displays e que emitem diversas cores. Muito utilizado, o display de sete segmentos, aparece na figura 13. Para exibir números, basta que se acendam os leds correspondentes. Na figura 14 são mostrados todos os números. fig display de sete segmentos fig número de zero à nove Com criatividade, algumas letras, mas não todas, podem ser exibidas. Figuras 15, 16, 17 e 18. versão de 22 de novembro de pg. 7 de 9

8 fig JESSICA fig FELIPE fig urubu - minúsculas fig dario - maiúsculas/minúsculas As letras minúsculas b, c, d, h, i, l, n o, r, u podem ser escritas sem problemas. As maiúsculas A, C, E, F, H, I, J, L, O, P, S, U também. Mas como fazer as letras a, e, f, g, k, m, p, q, s, v, x, z minúsculas? E as B, D, G, K, M, N, Q, R, T, V, X, Z maiúsculas? As letras g, k, m, q, v, w, x, z não são possíveis de se fazer. Forçando um pouco, as letras t, y podem ser representadas, figura 19. fig t, y - minúsculas Como funcionam os displays? São 7 leds dentro de um compartimento de onde sua luz sai por um local determinado, gerando as imagens conforme vistas nos exemplos acima. Como seriam necessários 14 fios, cada led precisa de dois. Podemos resumir ligando todos os catodos - lado negativo do led - ou anodos - lado positivo do led - em um ponto comum. Para acendê-lo, basta ligar a outra ponta que ficou sobrando ao positivo ou negativo. São chamados anodo comum e catodo comum e podem ser vistos na figura 20. versão de 22 de novembro de pg. 8 de 9

9 fig estrutura interna dos displays Lembre-se: Embora possam ter seus anodos ou catodos ligados em um mesmo ponto, são leds individuais e cada um precisa de seu resistor de proteção. Cada segmento é identificado por uma letra conforme vemos na figura 20. Na figura 21 vemos quais são os segmentos e suas letras. As cores que eles podem exibir são as mesmas dos leds a não ser a infravermelha. Existem displays em diversos tamanhos. O display de dezesseis segmentos permite escrever todos os números e letras sem problemas uma vez que dispõe de novas combinações de segmentos. Seu funcionamento e características são as mesmas do display de sete segmentos. Na figura 22 vemos seus segmentos. Outro modelo de display, conhecido como matriz de pontos, possui diversos leds montados lado a lado, podendo ser acesos individualmente. Seu uso mais comum é em painéis de propaganda, letreiros que ficam passando informações aos clientes e em ônibus, mostrando a itinerário. Muitos outros displays existem para atender às diversas exigências de informação visual. Na figura 23 vemos alguns. A = Setas de direção. B = Matriz de pontos - grande. C = Barra de leds. D = Matriz de pontos - pequena. E = Sete segmentos - grande, duplo. F = Dezesseis segmentos. G = Sete segmentos - grande. H = Sete segmentos - pequeno. fig tipos de displays versão de 22 de novembro de pg. 9 de 9