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“Brincando” com diodos

“Brincando” com diodos

A maioria dos técnicos só reconhece a função do diodo como circuito retificador, entretanto existem muitas outras aplicações para este pequeno, mas importantíssimo componente eletrônico.

Pensando nisto resolvi mostrar algumas “brincadeiras” que podemos realizar com os nossos “queridos” diodos.

Seria interessante que você realizasse as experiências apresentadas ao longo deste artigo para fixar melhor os conceitos, pois disse uma vez um sábio “quem ouve esquece, quem vê lembra, mas quem faz aprende”.

Deslocando o nível de referência de um sinal

A configuração mostrada na figura abaixo é denominada circuito clamp e costuma ser traduzida para o português como circuito grampeador.

Circuito grampeador com deslocamento positivo

A tensão de entrada tanto pode ser senoidal como outra alternada qualquer. Sugiro utilizar um transformador para baixa tensão (por questão de segurança) como 9V, por exemplo, para fazer alguns experimentos.

Se optar por 9V teremos um valor de tensão de pico (Vp) aproximadamente igual a 12,6V.

Como chegamos a este valor?

Basta multiplicar o valor RMS medido na escala AC do seu multímetro, digital ou analógico, por 1,4 e obterá 12,6V. Por exemplo, se o valor RMS fosse 100V o valor de pico seria 140V e o pico-a-pico, obviamente, seria 280V.

Mas tenha cuidado, pois o fator 1,4 só vale se a onda for senoidal e no caso do transformador certamente será.

Retornemos ao circuito para ver como funciona e para isso vamos dividir a analise em duas etapas. Primeiro vamos ver o que acontece durante o semiciclo positivo da onda e depois durante o semiciclo negativo e a partir daí saberemos como será a forma de onda na saída (output).

No semiciclo positivo o anodo do diodo ficará positivo logo ele conduzirá comportando-se quase como um curto e, portanto deixando o capacitor carregar-se até a tensão de pico (no nosso caso 12,6V aproximadamente se desprezarmos a queda de 0,6V do diodo).

No semiciclo negativo o diodo não conduz comportando-se como um circuito aberto e o capacitor irá fornecer n saída a tensão armazenada no semiciclo anterior somada ao semiciclo negativo e assim a forma de onda na saída será a senóide de entrada deslocada para cima de um valor igual ao seu valor de pico.

Entrada e saída do grampeador

Entrada e saída do grampeador

Como eu disse, a melhor maneira de comprovar isto é montar o circuito e verificar o que está acontecendo com auxilio do osciloscópio.

Três dicas importantes:

1) O capacitor pode ter um valor de qualquer valor da ordem de 100nF, por exemplo. Entretanto, se utilizar um eletrolítico não descuide da polarização do mesmo e da tensão de trabalho que deve ser, pelo menos, 30% maior que o valor da tensão de pico (você já sabe como calcular este valor).

2) Coloque o acoplamento do scope em DC para poder perceber o deslocamento da onda.

3) Uma boa ideia é utilizar um canal para monitorar a tensão de entrada e o outro para a saída, assim ficará fácil perceber o deslocamento da onda, ou seja, a saída ficou “grampeada” no valor de pico da entrada.

Na maneira como o diodo foi colocado, ou seja, com o anodo à terra (referência) tivemos um deslocamento da onda para cima.

O que aconteceria se invertêssemos a posição do diodo (e da polaridade do capacitor também se for eletrolítico)?

Grampeador com deslocamento negativo

Grampeador com deslocamento negativo

Se você respondeu que a onda vai se deslocar negativamente com um valor correspondente e a tensão de pico da entrada, meus parabéns!

Se não conseguiu responder imediatamente, não fique triste. Monte o circuito e verifique.

Multiplicando tensão com diodos

Outra aplicação dos diodos, bastante útil, é a construção de circuitos capazes de elevar a tensão sem o uso de transformadores podendo obter-se valores de tensão muito altos.

O circuito que vamos estudar costuma ser denominado Gerador Cockcroft-Walden em reconhecimento aos dois físicos que em 1932 o utilizaram para produzir alta tensão na construção de um acelerador de partículas que realizou a primeira desintegração nuclear artificial que se tem notícia.

Vamos começar construindo um duplicador de tensão de meia-onda adicionando ao circuito grampeador visto anteriormente mais um diodo (D2) e um capacitor (C2) que aparecem na área demarcada do quadrado vermelho.

Circuito dobrador de tensão

Circuito dobrador de tensão

Já vimos que a tensão no ponto de união de C1 com D1 aparecerá deslocada do valor de pico da tensão de entrada, neste caso negativamente devido a posição de D1.

Assim a tensão negativa no cátodo de D2 irá levá-lo a condução carregando C2 fazendo com que a tensão de saída seja a soma duas tensões.

Se formos duplicando estas redes de diodo e capacitor iremos obter tensões cujo valor é a soma da tensão obtida com a célula RC anterior e a próxima célula.

Veja o circuito de um quadruplicador de tensão usando esta configuração.

Circuito quadruplicador de tensão

Circuito quadruplicador de tensão

Observe que os capacitores não precisam ter isolamento proporcional ao fator de multiplicação, pois a tensão de carga em cada um será sempre, no máximo, duas vezes a tensão de pico de entrada.

O objetivo deste circuito é apenas obter alta tensão, mas sem capacidade de fornecer corrente.

Como já vimos no post anterior é produzir o tal gerador de íons nos secadores de cabelo e “chapinhas” de alisamento.

No exemplo daquele post o fabricante fala em 3kV. Se a tensão de entrada é de 120V teremos uma tensão de pico de, aproximadamente, 168V. Logo para obtermos 3kV precisaremos multiplicar a tensão de entrada cerca de 17 vezes.

Outra aplicação atual deste tipo de circuito é encontrada nas impressoras laser para produzir uma tensão da ordem 700V.

Placa de uma fonte de impressora laser

Placa de uma fonte de impressora laser

E finalmente para a turma da velha guarda o triplicador para lata tensão usado nos televisores antigos (bota antigo nisso!). Viu como apenas com diodos e capacitores podemos fazer circuitos interessantes e úteis?

Triplicador de tensão usado em tvs antigs

Triplicador de tensão usado em tvs antigs

Ainda existe uma outra possibilidade que construir um circuito conhecido multiplicador de tensão de onda completa, mas isto fico para outra hora, pois já está ficando tarde!

Até sempre.

Técnico em eletrônica formado em 1968 pela Escola Técnica de Ciências Eletrônicas, professor de matemática formado pela UFF/CEDERJ com especialização em física. Atualmente aposentado atuando como técnico free lance em restauração de aparelhos antigos, escrevendo e-books e artigos técnicos e dando aula particular de matemática e física.

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2 Responses to ““Brincando” com diodos”

  1. Elcio Gama de Oliveira disse:

    Muito bom, gostei demais.

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