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Eletrônica
Diodos.
Antes de entrarmos no assunto propriamente dito, é necessário fazermos algumas considerações sobre o material de que são feitos alguns importantíssimos componentes eletrônicos, tais como: diodos e transistores entre outros; este material é conhecido como semicondutor. 1 o^ -Materiais Semicondutores.
Existem na natureza materiais que podem conduzir a corrente elétrica com facilidade: os metais -Ex: cobre, alumínio, ferro etc. Materiais que não permitem a passagem da corrente elétrica, pois o portador de carga(elétrons), não tem mobilidade neles.São os isolantes. Ex.: mica, borracha,vidro plásticos etc. Em um grupo intermediário, situado entre condutores e os isolantes estão os semicondutores, que não são nem bons condutores e nem chega a ser isolantes. Destacamos entre os semicondutores, pois serão alvos deste estudo o silício(Si) e o germânio(Ge). Existem outros elementos semicondutores também importantes para eletrônica São eles o selênio(Se), o Gálio(Ga) etc. As principal característica que interessa no caso do Silício e do Germânio é que estes elementos possuem átomos com 4 elétrons na sua última camada e que eles se dispõe numa estrutura geométrica e ordenada. O silício e o germânio formam cristais onde os átomos se unem compartilhando os elétrons da última camada. Sabemos da química que os átomos de diversos elementos têm uma tendência natural em obter o equilíbrio, quando sua última camada adquire o número máximo de 8 elétrons. Desta forma formam, tanto o silício quanto o germânio formam cristais quando os seus átomos um ao lado do outro compartilham os elétrons havendo sempre 8 deles em torno de cada núcleo, o que resulta num equilíbrio bastante estável para estes materiais. Veja Fig.1, a seguir:
Figura 1
Nesta forma cristalina de grande pureza o silício e o germânio não servem para elaboração de dispositivos eletrônicos, mas a situação muda quando adicionamos certas “impurezas”ao material. Estas impurezas consistem em átomos de algum elemento químico que tenha na sua última camada um numero diferente de 4 elétrons, e que sejam agregados a estrutura do Germânio ou/e do silício em proporções extremamente pequenas da ordem de partes por milhão (ppm). No nosso exemplo utilizaremos o silício com as duas possibilidades de adição. a)Elementos com átomos de 5 elétrons na última camada; b)Elementos com átomos dotados de 3 elétrons na última camada. No primeiro caso, mostrado na figura 2, a adição e utilizando o elemento arsênio (As). Como os átomos vizinhos só podem compartilhar 8 elétrons na formação da estrutura cristalina, sobrará um que não tendo a que se ligar, adquire mobilidade no material, e por isso pode servir como portador de carga.
Como o transporte das cargas é feito nos materiais pelos elétrons que sobram ou elétrons livres que são cargas negativas, o material semicondutor obtido desta forma,
Figura 2
O resultado é que a resistividade ou capacidade de conduzir a corrente se altera e o semicondutor no caso o silício fica, o que se chama “dopado” e se torna bom condutor da corrente elétrica.
Figura 4.
Esta junção apresenta propriedades muito importantes. Analisemos inicialmente o ocorre na própria junção. No local da junção os elétrons que estão em excesso no material N e podem movimentar-se procuram as lacunas, que estão também presentes no local da junção, no lado do material P, preenchendo-as. O resultado ‘e que estas cargas se neutralizam e ao mesmo tempo aparece uma certa tensão entre os dois materiais(P e N). Esta tensão que aparece na junção consiste numa verdadeira barreira que precisa ser vencida para que possamos fazer circular a corrente entre os dois materiais. Esta barreira é chamada de Barreira de potencial ou ainda Tensão de Limiar ou ainda Tensão de Condução. Para o Germânio esta tensão é de 0,2 Volts e para o Silício é de 0,7 Volts.
A estrutura indicada, com os dois materiais semicondutores P e N, forma um componente eletrônico com propriedades elétricas bastante interessantes e que é chamado de diodo (semicondutor).
3 o^ Diodos.
Diodo é um semicondutor formado por dois materiais de características elétricas opostas, separados por uma área sem carga (vazia) chamada de junção. Esta junção é que dá a característica do diodo. Normalmente os diodos são feitos de cristais “dopados” de silício e do germânio.
Figura 5. Símbolo:
Diodos Diversos:
mesma.Ocorre então um afastamento dos portadores de N e de P da junção. O resultado é que em lugar de termos uma aproximação das cargas na região da junção temos um o seu afastamento, com um aumento da barreira de potencial que impede a circulação de qualquer corrente.O material polarizado desta forma, ou seja, inversa, não deixa passar a corrente. Veja na figura 7, como ocorre esta situação:
Figura 7
4 o^ Tipos de Diodos.
4.1-Diodos de silício uso geral: - são aqueles usados em circuitos lógicos, circuitos de proteção de transistores, polarização etc. São fabricados para o trabalho com correntes de pequena intensidade de no máximo 200mA e tensões que não ultrapassam 100V. Simbologia:
Um dos diodos mais populares deste grupo é o de referência 1N
4.2- Diodos Retificadores.- sua função é de retificar corrente de AC para DC pulsante.São destinada a condução de correntes intensas e também operam com tensões inversas elevadas que podem chegar 1000v ou 1200 no sentido inverso Conduzem correntes diretas de até 1 A. Simbologia:
Diodos Diversos Diodo série IN400C
Aplicação: Uso geral em retificação de correntes e tensões. Uma série muito importante destes diodos é a formada pelos IN4000C que começa com o 1N4001. Tipos VR (tensão maxima – Inverso) IN4001 50V IN4002 100V IN4003 200V IN4004 400V IN4005 600V IN4006 800V IN4007 1000V
Leitura do Código 1N400C 1N=código americano diodo retificador de 1 junção; C= números de 1 a 7 que nos mostra a tensão máxima quando o diodo está polarizado Inversamente=Vr = 100 a 1000V 4.3-Diodos emissores de luz – Led (Light emiting diodes).- Estes diodos polarizados de forma direta emitem luz monocromática quando a corrente circula pela sua junção.
Cores disponíveis: Amarelo, verde, vermelho, laranja e azul.
4.6- Diodo Zener.- polarizado inversamente mantém a tensão do circuito constante, mesmo que a corrente varie, ou seja, ele funciona como regulador de tensão em um circuito. Obs: polarizado diretamente funciona como um diodo comum.
Aplicações: em fontes de alimentação para manter a tensão estável e constante, além de estarem presentes em outras aplicações em que se necessita tensão fixa. Código de identificação. Uma série de diodos que se emprega muito em projetos e aparelhos comerciais é a BZX79C da Phillips Components, formada por diodos de 400mA. Nesta série a tensão do diodo é dada pelo próprio tipo. Ex.: BZX79C2V1-onde 2V1 corresponde a 2,1 V(oV substituí a virgula). BZX79C12V- corresponde a um diodo de 12 V
5 o^ -Retificação de corrente utilizando-se diodos. Nas páginas anteriores já vimos como se comportam os semicondutores na sua estrutura quando polarizamos o material P unido ao material N, formando uma junção metalúrgica. Chamada de junção PN. Vamos agora ver em uma linguagem prática como isto se processa. 5.1-Polarização do diodo.- na prática dizemos que polarizar um componente é impor aos seus terminais potenciais ou DDP pré-definida.
5.1.1-Polarização direta.- é aquela em que o anodo (A) está mais positivo que o catodo(K).
Nessa condição dizemos que o diodo conduz e que está diretamente polarizado ou ainda, ON.
A tensão entre A e K idealmente está zero, porém isto não acontece na prática, sendo que para diodos de silício esta tensão valerá 0,7V e para diodos de germânio valerá 0,2V.Esta tensão denominada de tensão de limiar ou tensão de condução é representada por VL. O diodo então será representado no esquema por uma fonte de tensão de valor VL
5.1.2- Polarização Inversa.- nessa condição o anodo (A) estará menos positivo que o catodo(K) e o componente não permitirá a passagem da corrente. Na realidade passa pelo componente uma pequena corrente, da ordem de nA (nanoampére) que é desprezível.
o componente será representado no esquema, como um circuito aberto.
5.2-Transformadores / Tomada Central( CT-center tape).
Aqui vamos ter uma noção simples de funcionamento de um transformador. Podemos dizer que o transformador é um componente que possui quatro, ou mais terminais, cuja função é alterar o valor do pico de uma tensão alternada, e ainda adaptar a tensão alternada da rede para níveis predeterminados que irão alimentar um retificador. Representação:
O transformador é constituídas por duas bobinas enroladas chamadas de primário e secundário em um núcleo comum a ambas.Quando é aplicada uma corrente alternada no enrolamento primário aparece em torno de sua bobina um campo magnético, cujas linhas de força se expandem e contraem na mesma freqüência da corrente. O resultado é que, cada vez que estas linhas de força cortam as espiras do enrolamento secundário este é induzido e uma tensão aparece em seus terminais. A tensão tem a polaridade dada pelo movimento das linhas de força de modo que ela também se inverte na mesma freqüência da corrente do enrolamento primário.
Observe nesse caso, que o ponto mais positivo do circuito está ligado ao anodo (A) do diodo e este conduz.
5.3.1.2-Semiciclo negativo-SCN. Nesse semiciclo temos a inversão da polaridade da tensão de entrada ocasionando um potencial negativo no anodo(A) do diodo em relação ao seu catodo(K), o que ocasiona sua não condução, ou seja, não há passagem de corrente, representado por um circuito aberto. Veja a figura a seguir:
5.3.1.3-Análise da corrente de entrada e saída em relação aos ciclos.
Observe que confere com a figura inicial do item 5.3.1. Obs: a)Como vimos este tipo de retificador só permite aproveitar apenas a metade dos semiciclos da corrente alternada sendo por isso um processo de pouco rendimento; aproximadamente 30% da corrente alternada que entra é aproveitada. b) Ë bom ainda observar que a corrente que sai geradas nos semiciclos positivos, se bem que circule em um sentido único, não é uma corrente contínua pura. Ela é formada por pulsos.Este tipo de corrente é chamada de “Corrente contínua pulsante” com a freqüência de 60 ciclos /seg.
5.3.2 Retificador de Onda Completa com Tomada Central-ROCT.
Na figura a seguir visualizamos como entra e sai a correntes neste tipo de retificador.
Vamos as explicações: Este circuito apresenta dois diodos (D1 e D2) e uma tomada central (CT) de inversão de fase. Circuito:
5.3.2.1-Semi-ciclo positivo-SCP:
Nesse semiciclo observe que o anodo(A) do diodo D1 está ligado ao pólo positivo do secundário do transformador e, portanto conduz. O diodo D2 , no mesmo circuito neste semiciclo está ligado a um pólo negativo e neste caso abre, não conduz.
Observe ainda, que neste caso a distância entre as ondas são menores (tem uma freqüência maior, ou seja, 120 ciclos/seg.)do que no caso anterior RMO. Neste processo melhora-se a qualidade da onda, bem como o rendimento, (69% no caso) com o aproveitamento das ondas negativas.Mesmo assim ainda não temos uma corrente retificada 100% pura.Continuamos obtendo o que se chama uma corrente retificada pulsante. 5.3.2-Retificador de Onda Completa em Ponte.-ROCP. Na figura abaixo se visualiza, como nos outros tipos, como entra e como sai neste tipo de retificador.
Explicações: Neste tipo, temos um retificador comum que utiliza para retificação uma ponte retificadora, que é um componente eletrônico com quatro diodos internos dispostos de tal maneira a colocar dois diodos por ciclo ligados via seus anodos(A) ao pólo positivo do secundário do transformador .Desta forma nos semiciclos positivo SCN- temos dois diodos conduzindo e no semiciclo negativo os outros dois também conduzem. Neste processo por termos 4 diodos obtemos um rendimento melhor que o ROCT ( cerca de 80%). Antes de prosseguirmos com as explicações de funcionamento deste sistema, mostramos nas figuras abaixo o aspecto, simbologia e esquema de uma ponte retificadora. Simbologia:
Circuito:
5.3.2.1- Semiciclo Positivo-SCP No esquema abaixo observamos que neste semiciclo positivo os diodos D1e D polarizam diretamente e neste caso conduzem corrente os outros dois D3 e D polarizados inversamente, abrem.
5.3.2.2.- Semiciclo negativo- SCN. Nesse semiciclo (esquema abaixo) observa-se que os diodos D3 e D4 é que polarizam diretamente (veja que eles estão ligados com o positivo do secundário) e neste caso eles agora é que conduzem a corrente aproveitando o semiciclo negativo( como em ROCT). Os outros dois D1 e D2, abrem.
O esquema de entrada e saída das ondas é análogo ao visto para o Retificador de Onda Completa com Tomada. Neste processo também são aproveitadas as ondas de natureza negativa obtendo-se um rendimento maior devido ao numero maior de diodos.Vale salientar que ainda neste processo a corrente obtida ainda não é 100% pura.A corrente é retificada pulsante com freqüência de 120ciclos /seg. Observamos que para se obter uma corrente realmente retificada a mesma tem ainda de passar por outros processos.
Sentido direto – Baixa Sentido Inverso Alta
Bom
Sentido direto e inverso-baixo(próximo ou = a zero) Curto
Sentido direto e inverso-Alto (próximo ou = ∞) Aberto
Sentido Inverso abaixo de 10Ω Fugas
6.2 Testes em diodos duplos-Varicap
Nos testes feitos diodo por diodo (D1 e D2 Direta ou inversamente), pode-se seguir a
tabela de defeitos acima. Se um dos diodos apresentar os defeitos acima o varicap está
estragado
6.3-Testes em Pontes Retificadoras:
Nos testes feitos, diodo por diodo (D1, D2, D3 e D4 Direta ou inversamente), pode-se seguir a tabela de defeitos, acima. Se um dos diodos apresentar os defeitos constantes da tabela acima, a ponte retificadora está estragada.
