Guia do trabalho pratico nº1, Electrónica I, Engenharia de Sistemas

Universidade do Algarve, FCT, ADEEC, Henrique Leonel Gomes
Lab. 3
Electrónica I, ano lectivo 2002/2003
Engenharia de Sistemas e Computação
Engenharia Física Tecnológica
Aplicações com díodos
Limitador, recuperador de nível dc, e
duplicador de tensão.
Material
Diodo de silício 1N914 ou equivalente
Díodos Zener
Resistências: 1K.
Condensadores de 10 nF.
Introdução
Os díodos para além de poderem realizar a função de rectificação, são utilizados em
muitas outras aplicações, nomeadamente em circuitos limitadores, e deslocadores de
nível dc. Em geral um limitador corta parte da onda de entrada, e o deslocador de nível
desloca o nível dc da onda de entrada.
A Figura 1 representa um exemplo típico de um circuito limitador usado para
proteger um circuito.
R
V0
Circuito a
proteger
Vi
VR1
VR2
Ri
R
V0
Vi
Figura 1. Circuitos limitadores de tensão a) com díodos normais; b) Com díodos
Zener.
Na Figura 1a) os díodos normais funcionam com limitadores da tensão Vin. Uma
análise simples ao circuito permite verificar que a tensão Vin está limitada inferiormente
à tensão -VR2-VD0 e superiormente à tensão VR1+VD0.
Electrónica I, guias de laboratório, aplicações com díodos.
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Existem circuitos que podem ser destruídos por sobretensões nas suas entradas.
Nestes casos é necessário proteger esses circuitos, um exemplo possível é o esquema
representado na Figura 1. Usando díodos normais torna-se necessário escolher
adequadamente os valores de tensão VR1 e VR2. Note que a resistência R é necessária
para limitar a corrente máxima nos díodos, mas deve ser muito menor que a resistência
(ou impedância) de entrada do circuito a proteger.
A Figura 1b representa um circuito equivalente que faz uso de dois díodos Zener
com tensões Zener VZ1 e VZ2. Atendendo à curva característica I-V de um díodo Zener,
pode-se concluir que quando um dos díodos funciona na região Zener, o outro funciona
como um díodo normal polarizado diretamente, e vice versa. Desta forma, a tensão VO
fica limitada inferiormente à tensão –VZ1-VD e superiormente à tensão VZ2 +VD. Além
disso, os díodos só conduzem quando da tensão Vi ultrapassa os limites definidos, caso
contrário os díodos não conduzem.
É importante lembrar alguns pontos importantes acerca dos díodos Zener. A Figura
2 representa a curva característica de um Zener em polarização inversa. À medida que a
tensão em polarização inversa (VR) aumenta, a corrente é extremamente pequena até
aproximadamente ao joelho da curva. Neste ponto ocorre uma ruptura por efeito de
Zener, e a corrente cresce dramaticamente enquanto que a tensão permanece
aproximadamente constante. Esta capacidade é a principal característica de um díodo
Zener. Um Zener mantém essencialmente a mesma tensão aos seus terminais
independentemente da corrente. É obvio que existe um valor mínimo de corrente acima
do qual o díodo tem esta propriedade, e um valor máximo acima do qual a potência no
díodo é suficientemente grande para o danificar.
IZK, Corrente no joelho da
curva, acima deste valor pode
usar
o
Zener
com
estabilizador de tensão.
IZT, Corrente de teste para a
qual o fabricante especifica
Vz.
IZM, Corrente máxima que o
Zener pode suportar.
Figura 2. Curva característica de um díodo Zener em polarização inversa. Vz é
especificada pelo fabricante à corrente de teste IZT, e é normalmente designada por VZT.
Em anexo pode encontrar as folhas de especificações de um díodo Zener da série
1N746 onde pode obter entre outras informações a potência que o díodo pode suportar.
Lembre-se que a potência dissipada é dada pela expressão P=V.I.
Por exemplo, se VZ=12V e IZ=10 mA, a potência dissipada no seu díodo Zener é de
120 mW.
Díodos Zener comercialmente disponíveis tem valores de potência que variam de ¼
W até cerca de 50W.
Por exemplo, a folha de especificações do 1N746 diz-nos que a máxima potência
dissipada é de 400 mW. No projecto de um circuito deve-se manter sempre a potência
significativamente abaixo do valor máximo.
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As folhas de especificação incluem normalmente a corrente máxima que o díodo de
Zener pode suportar sem exceder a potencia máxima. Por exemplo, o IN 759 tem uma
tensão de Zener de 12V, por conseguinte a corrente máxima que pode suportar é de
IZM=33.3 mA (IZM= 400mW/12V)
As folhas de especificção dão-nos dois valores para a corrente máxima, 30 e 35 mA,
estes dois valores é para levar em conta a tolerância na tensão de Zener. Por exemplo, o
1N967 tem uma tensão de Zener de 18V com uma tolerância de 20%.
Experimental
E1- Monte o circuito representado na Figura 1. Ajuste a fonte de tensão continua de
modo a ter VR1=1Volt. Aplique ao circuito um sinal sinusoidal com a amplitude 5V de
pico a pico, valor dc nulo e com uma frequência de 1 kHz.
E2-Observe o sinal de saída, e compare-o com a onda de entrada. Meça os valores
de pico máximo e mínimo.
E3- Varie VR1 de 0 até +5 V. Observe o comportamento do circuito.
E4- Inverta o díodo. Observe e esboçe o sinal de saída. Repita os pontos anteriores.
R=1 K
V0
Vi
VR1
Figura 3. Limitador com nível variável.
E5- Monte um circuito que permita limitar o sinal de saída a dois níveis variáveis
independentes. Para tal adicione ao circuito da Figura 3 uma fonte de tensão VR2 e um
díodo, de modo a limitar a parte inferior do sinal.
Nota: Vai precisar de usar duas fontes de tensão, uma positiva, e outra negativa,
para tal vai ter de ligar à terra o terminal negativo de uma das fontes, enquanto na
outra fonte liga à terra o terminal positivo (consulte o professor se tiver dúvidas).
E7- Esboçe o sinal de saída para valores diferentes de VR1 e VR2.
E8- Monte o circuito representado na Figura 4 (use C=10 nF,) Observe e explique
VO (t) se Vi(t) for uma tensão sinusoidal (Vpp=5V, f=1 kHz).
C
V0
Vi
Figura 4. Circuito recuperador de nível dc.
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E9- Inverta os terminais do díodo. Observe e explique a forma de onda na saída
Vo(t).
E10- Monte o circuito representado na Figura 5, (C1=C2=10 nF) aplique à entrada
uma onda sinusoidal com amplitude de 5V e frequência de 1 kHz. Observe a onda em
VD1 e em VO. Explique a forma de onda na saída VO(t).
VD1
C
V0
Vi
C
Figura 5. Duplicador de tensão.
E11-Projecte o circuito representado na Figura 6 para manter VL=12V e para uma
variação IL de 0 a 200 mA na resistência de carga. Ou seja, determine RS e VZ. Monte o
circuito.
RS
16 V
RL
Figura 6. Circuito com díodo Zener.
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