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Corrente Fluindo em Sentido Único
Corrente Fluindo em Sentido Único
O diodo é o tipo mais fundamental de componente semicondutor, composto por uma simples estrutura de Silício ou Germânio (materiais semicondutores). Devido à organização interna de seus componentes químicos, ele é caracterizado por permitir passagem de corrente elétrica em apenas um sentido (polarização). Existem diversos tipos de diodos (Figura 1), para os mais diversos tipos de aplicações, como: o genérico (retificador), o Zener (regulador de tensão), o LED (emissor de luz) e o foto-diodo (receptor de luz).
Figura 1 - Tipos e Simbologia de Diodos.
Ao ser colocado em um simples circuito gerador-lâmpada o diodo permite, ou impede, a passagem de corrente através da lâmpada, dependendo da polaridade da tensão aplicada. A Figura 2 esquerda mostra que um diodo está polarizado diretamente quando o terminal ânodo está direcionado ao pólo positivo do gerador - desta maneira o cátodo fica direcionado ao pólo negativo. A polarização inversa, como pode ser observado na Figura 2 direita, não permite a passagem de corrente.
Figura 2 - Polarização do Diodo.
Para demonstrar o funcionamento do diodo, a Atividade 1 (Circuito Retificador) é composta por um circuito que apresenta um dos métodos mas rudimentares de retificação de tensão, que usa apenas um diodo e um capacitor. No circuito são mostrados os diagramas para os sinais de entrada e de carga, de modo que, para cada inclusão (via chaves) de um capacitor (20, 200 e 2000 uF) no sistema, pode ser observada a mudança na retificação (tornar reto) do sinal de entrada.
O Diodo que Emite Luz
O Diodo que Emite Luz
Um LED (Light Emitting Diode) nada mais é que um diodo que emite luz quando polarizado diretamente. O acendimento de um LED é uma operação bastante simples, mas não trivial. O LED é um dispositivo sensível, ou seja, danifica quando sua corrente de trabalho é ultrapassada. Um LED comum (FLV110 ou similar) tem corrente de trabalho de aproximadamente 30mA. Sendo assim um resistor de limitação deve ser inserido em série com o LED, de maneira que esta corrente não ultrapasse este limite. Para que um gerador de 9 volts alimente um LED comum (desprezando a resistência interna do LED), o resistor limitador usado deveria ter pelo menos 300Ω, conforme descrito a seguir.
U = R × I
9 = R × 30 ÷ 1000
R = 9 ÷ 30 × 1000
R = 300Ω
Observação: Como a resistência interna do LED foi desprezada, não será contabilizada a queda de tensão exercida por esta resistência e o valor calculado será maior que o necessário, ocasionando menor luminosidade e maior durabilidade para o LED. Maiores detalhes sobre como ligar um LED contabilizando sua resistência interna pode ser encontrado no artigo "Como acender um LED?".
Para ilustrar o descrito no parágrafo anterior observe a Atividade 2 (LED Controlado). Nesta atividade a resistência usada é de 10Ω e o potenciômetro está na posição em que a resistência é aproximadamente Zero. Ao iniciar a simulação o LED queima. Deste modo, para o LED do Simulador, a corrente de trabalho é maior que 110mA. Ao mover lentamente o ponteiro do potenciômetro no sentido anti horário, a resistência do mesmo aumenta (diminuindo a corrente do circuito - observe no Amperímetro da Fonte) até que o LED volta a vida (obviamente isso só é possível no simulador).
A Chave Eletrônica
A Chave Eletrônica
A Figura 3 mostra uma relação entre a estrutra do diodo com a do transistor, onde é observada a organização dos seus materiais semicondutores. Em uma análise preliminar da figura pode-se concluir que nunca haverá condução entre o coletor e o emissor. No entanto, uma pequena corrente na base do transistor faz com que a corrente possa fluir entre o coletor e o emissor.
O transistor tem dois usos básicos, atuando como amplificador (corrente e tensão) ou como chave eletrônica (com funcionamento detalhado mais adiante). No atual mundo dos computadores a funcionalidade de chave eletrônica é muito importante. Para ilustrar esta importância lembramos que o computador, em seu núcleo, só reconhece dois estados, 0 e 1, materializados eletricamente por ausência ou presença de corrente.
Figura 3 - Relação Estrutural Entre o Diodo e o Transistor.
Se a chave já faz o trabalho, qual o motivo da existência dos transístores? Em um rápido apanhado histórico destacam-se quatro elementos (Figura 4): i) a chave comum acionada por uma pessoa não apresenta um tempo de comutação constante (importante para o funcionamento correto do computador), por isso nos primórdios da computação as chaves comuns acionavam relés (chaves eletromecânicas) e estes implementavam o binário 0 e 1; ii) como os relés tinham comutação ainda muito lenta, foram substituídos pelas válvulas (transistores rudimentares), que eram muito grandes e aqueciam em demasia, danificando (daí o termo queimando) muito rápido; iii) no final da década de 1940 foi inventado o transístor, que era muito menor e fazia o mesmo serviço com um aquecimento bem menor, diminuindo assim o tamanho dos computadores e aumentando o seu tempo de uso sem apresentar problemas; iv) atualmente os circuitos integrados são compostos de dezenas a centenas de milhares de transistores montados em pastilhas de silício menores que uma unha do dedo mindinho.
Figura 4 - Componentes Fundamentais da História dos Computadores.
O termo transistor provém do inglês transfer resistor (resistor ou resistência de transferência). Neste processo de transferência de resistência, a impedância do componente varia, fazendo com que a corrente que passa entre o coletor e o emissor do transistor varie dentro de parâmetros pré-estabelecidos pelo fabricante. Esta variação é controlada através de um baixo fluxo de corrente aplicado na base do componente (Figura 5). Em decorrência da aplicação de corrente na base, são determinados três modos de operação do transistor, a saber: i) corte - não existe corrente saindo fluindo entre coletor e emissor; ii) ativo - existe corrente fluindo entre coletor e emissor; iii) saturação - a corrente está acima do esperado normalmente (amplificação).
Figura 5 - Transistor Atuando como Chave Eletrônica.
Observa-se ainda que a chave inserida no circuito da figura 6 pode ser substituída por um outro tipo de sensor, ou por outros dispositivos que irão armar (fazer conduzir) o circuito. Dentre este sensores pode ser destacado o sensor de luz (inclusive infravermelho).
Um Exemplo de Uso dos Transístores
Um Exemplo de Uso dos Transístores
A Simulação 1 (Testador de Controle Remoto) mostra o acendimento de um LED quando o sensor infravermelho é atingido pelo sinal gerado por um controle remoto. Ao iniciar a simulação basta clicar em um dos botões do controle remoto e observar a reação do LED. Observe no circuito o uso de um segundo transistor atuando como chave. O transistor PNP é usado para inibir os sinais constantemente enviados pelo sensor infravermelho (padrão do fabricante), armando a chave de controle do LED (transistor NPN) apenas quando um botão for acionado.
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