O Diodo

O elemento eletrônico não-linear mais simples e fundamental é o diodo. Ele possui dois terminais e guarda uma relação não-linear entre i (corrente) e v(voltagem). Sua aplicação mais comum é em retificação, ou seja, converter ac (alternating current = corrente alternada) em dc (direct current = corrente contínua).
Diodos são feitos de um substrato de material semicondutor, em geral um cristal de silício. Os cristais de silício, formados por ligações covalentes são isolantes, mas quando dopados (dopagem = inserção de átomos de outros elementos no substrato), podem conduzir corrente.


O Diodo Ideal

Seu símbolo está indicado em a) e sua característica i-v está mostrada em b). Dependendo do sentido da corrente, ele deixará passar ou não. Se o sentido da corrente for da anodo pro catodo, ele deixa passar, do contrário não. Uma pequena simulação mostra qual o sentido em que ele deixa passar e qual ele não deixa.

Como o led da primeira figura acendeu, então essa posição que o diodo deixa a corrente passar, a segunda figura é analogament oposta.


- O Retificador de Meia Onda

Tomemos um circuito simples em que a voltagem é alternada.

O diodo deixará passar apenas a parte positiva da voltagem da fonte, já que quando ela for negativa, a corrente tende a ter um sentido inverso do indicado na figura e o diodo não deixa passar. Então o resultado é uma voltagem sempre positiva, não alternando para valores negativos como antes.

- O Retificador de Onda Completa com Derivação Central

No semiciclo positivo, isto é, quando a onda da tensão é positiva, há passagem de corrente pelo diodo D1, enquanto o diodo D2 corta. No semiciclo negativo, isto é, quando a onda da tenção da linha é negativa, o diodo D2 conduz e o diodo D1 corta, assim se consegue uma voltagem na carga um pouco melhor que o retificador anterior. A forma de onda fica:

A tensão da linha é vs e a tensão resultante na carga é vo. Dá pra ver que no lugar em que antes era zero, agora tem um forma de onda, já sendo uma melhora na retificação do sinal.


- O Retificador de Onda Completa em Ponte

No semiciclo positivo D1 e D2 conduzem, enquanto D4 e D3 cortam. No semiciclo negativo D1 e D2 cortam, enquanto D3 e D4 conduzem. O resultado da onda é exatamente igual a anterior, já que é retificador de onda completa, o que difere é a forma de montagem, antes era derivação central e agora está na forma de ponte.

Até agora se utilizou apenas diodos para se obter um sinal constante a partir de um senoidal. A forma da onda resultante sempre foi positiva, mas ainda senoidal. Usando agora filtros, consegue-se uma mescla entre senoidal e exponecial, melhorando o resultado. Será usado o circuito RC como filtro. Veja neste mesmo blog na parte de simulações uma pequena análise sobre o circuito RC.

- O Retificador de Meia Onda com Filtro Capacitivo

Temos um retificador de meia onda e um capacitor em paralelo com a carga. Num primeiro momento o capacitor se carrega seguindo a voltagem da linha. Quando a tensão da linha fica menor que a tensão do capacitor, o diodo corta, pois haveria condução de corrente no sentido inverso, já que o capacitor se carregou e a tensão de linha está menor. Então temos a voltagem sendo acumulada na forma senoidal, tensão da linha, depois caindo na forma exponencial, descarregamento do capacitor.
O restultado é:

Observa-se um sinal mais próximo de uma reta, que é o objetivo da retificação. O Vr da figura é chamado de ondulação, em inglês o "r" é de 'ripple'. O T é o período e o Vp é a tensão de pico. Veja que a tensão sobe senoidalmente de acordo com a linha, carregando o capacitor. Quando a onda desce, a tensão no capacitor é maior, ocasionando uma movimentação de corrente no sentido contrário, do capacitor pra linha, mas o diodo corta e não há essa condução, o que resta é simplesmente o descarregamento no capacitor já que não há mais alimentação nele. Esse descarregamento ocorre do capacitor para a carga. Até um ponto em que a tensão de linha volta a ser maior que a tensão do capacitor e o carrega novamente, repetindo o ciclo.
Quando maior o capacitor, mais lentamente ele se descarrega e menor a ondulação.



Fontes:
Foto inicial: http://www.betoeletronica.com.br/
Imagens retiradas do livro "Microelectronic Circuits", Sedra.