Laboratório de Díodos

Em electrónica analógica, um Díodo é um componente que restringe a direcção de movimento dos Portadores de Carga. Permite a condução da Corrente Eléctrica num sentido, mas bloqueia-a no sentido oposto. Uma aplicação importante dos Díodos está no projecto do Circuito de Rectificador, que é uma das peças mais importantes de um Adaptador de Alimentação de CC (DC), Figura 1.

Figura 1: Diagrama de Blocos da Fonte de Adaptador de Alimentação CC

A Rectificação é o processo de conversão da Corrente Alterna CA (AC) para a Corrente Contínua CC. A corrente e a tensão da CA mudam alternadamente as suas polaridades positivas e negativas (bidireccional), enquanto a corrente da CC e a tensão tem somente uma das polaridades (unidireccional). Os dispositivos eléctricos utilizados para realizar a rectificação são chamados Rectificadores. A Rectificação é classificada como de Meia-Onda ou de Onda Completa, sendo o rectificador de Onda Completa o mais simples.

Os Rectificadores de Meia-Onda permitem a passagem dos meios ciclos positivos ou meios ciclos negativos da CA e obstruem o outro. Pode ser implementado por um Díodo. Um exemplo de um Rectificador de Meia-Onda Positivo é dado na Figura 2a. O Díodo conduz durante os meios ciclos positivos e pode ser tratado como um curto-circuito, Figura 2b. No outro lado, a corrente é bloqueada durante os meios ciclos negativos e pode ser tratada como um circuito aberto, Figura 2c.

Figure 2a: O Díodo actuando como um Rectificador de Meia-Onda

Figure 2b: O Díodo é equivalente a um curto-circuito durante os meios ciclos positivos

Figure 2c: O Díodo é equivalente a um circuito aberto durante os meios ciclos negativos

As Formas de Onda da tensão de entrada e de saída de um Rectificador de Meia-Onda Positivo são mostradas, respectivamente, na Figura 3a e Figura 3b. A saída é unidireccional e tem um valor médio finito, componente CC.

Figura 3a: Forma de Onda da Tensão CA de Entrada

Figura 3b: Forma de Onda da Tensão CC de Saída após o Rectificador de Meia-Onda Positiva

Os Rectificadores de Onda Completa permitem a passagem de CA em ambos os meios ciclos. A Figura 4a é o circuito de um Rectificador em Ponte de Onda Completa, constituído pelos quatro Díodos. Em cada um dos meios ciclos, 2 dos 4 Díodos estão a conduzir, Figura 4b e Figura 4c.

Durante os meios ciclos positivos, como é mostrado na Figura 4b, a corrente atravessa o D4, a Resistência de carga e o D6. Enquanto isso, os D3 e D5 estão inversamente polarizados e, logo, não deixam fluir qualquer corrente. Durante os meios ciclos negativos, como é mostrado na Figura 4c, a corrente flui através de D3, da Resistência de carga e de D5. Enquanto isso, os D4 e D6 estão inversamente polarizados.

Figura 4a: Circuito do Rectificador de Onda Completa

Figura 4b: Circuito rectificador equivalente, durante os meio ciclos positivos

Fgiura 4c: Circuito rectificador equivalente, durante os meio ciclos negativos

Durante ambos os meios ciclos, a corrente flui através da resistência de carga na mesma direcção (de cima para baixo). A queda de tensão na resistência de carga é sempre positiva. As Formas de Onda das tensões de entrada e de saída do Rectificador de Onda Completa são mostradas na Figura 5a e na Figura 5b, respectivamente. O Rectificador de Onda Completa aproveita ambos os meios ciclos da tensão de entrada, o que faz dele a configuração mais popular, como circuito rectificador.

Figura 5a: Forma de Onda da Tensão CA de Entrada

Figura 5b: Forma de Onda da Tensão CC de Saída após o Rectificador de Onda Completa

Colocando um Condensador em paralelo com a resistência de carga do Rectificador, um Circuito de Filtragem simples é construído. A saída do Rectificador é transformada numa Tensão CC mais estável, Figura 6. Inicialmente, o condensador é carregado até ao valor do pico da Forma de Onda rectificada. Após o pico, o condensador descarrega-se através da resistência de carga, até ao momento em que a tensão rectificada exceda a tensão do condensador. O condensador é, de novo, carregado e o processo repete-se.

Figura 6: Forma de Onda da Tensão de Saída (linha cheia) do Rectificador de Onda Completa, com Condensador de "Filtragem" adicionado